Содержание. Руководство по выполнению базовых экспериментов

ООО «Учебная техника»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Руководство по выполнению базовых экспериментов

ЭП.001 РБЭ (905)

Сенигов П.Н., Карпеш М.А. Электрический привод. Руководство по выполнению
базовых экспериментов. ЭП.001 РБЭ (905). - Челябинск: ООО «Учебная техника», 2005. - 141 с.

Представлены перечни используемой при выполнении базовых экспериментов
аппаратуры, электрические схемы соединений и их описания, а также указания по
проведению базовых экспериментов.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению
лабораторных работ по учебной дисциплине «Электрический привод (общий курс)» и
смежным с ней дисциплинам в высших и средних профессиональных образовательных
учреждениях.

Ó ООО «Учебная техника», 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах. 6

Описание и технические характеристики электромашинного агрегата. 7

Описание и технические характеристики функциональных блоков. 9

Электрическая схема соединений тепловой защиты машины переменного тока. 12

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра. 13

Порядок работы с оригинальными программными продуктами. 14

1. НЕАВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ... 18

1.1. Электропривод системы «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 19

1.2. Электропривод системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 31

1.3. Электропривод системы «Реверсивный тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения». 42

1.4. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты – асинхронный двигатель с фазным ротором». 50

1.5. Электропривод системы «Тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 58

1.6. Электропривод системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 66

1.7. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты - синхронный двигатель» 74

2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАЗОМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ КОМПЬЮТЕРА.. 84

2.1. Электропривод системы «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 85

2.2. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 94

2.3. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты - асинхронный двигатель с фазным ротором». 101

2.4. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты - синхронный двигатель» 108

3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЗАМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ КОМПЬЮТЕРА.. 115

3.1. Электропривод системы «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 116

3.2. Электропривод системы «Реверсивный тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения». 126

3.3. Электропривод системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 134

Введение

В настоящем руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые на комплекте типового лабораторного оборудования «Электрический привод». В ходе их воспроизводятся установившиеся и переходные процессы в электроприводах постоянного и переменного тока.

Типовой комплект лабораторного оборудования предназначен для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине «Электрический привод (общий курс)» и смежным с ней дисциплинам в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.

Комплект также может быть использован в профтехучилищах и общеобразовательных школах с углубленным изучением физики.

Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

- спроектированные с учебными целями натурные аналоги электрических машин, трансформаторов и элементов электрических цепей;

- источники питания;

- измерительные преобразователи и приборы;

- персональный IBM-совместимый компьютер со встроенной платой ввода/вывода данных фирмы National Instruments;

- трехсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выкатной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего.

Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 380 В с нейтральным и защитным проводниками.

- Потребляемая мощность Вт, не более………………………………... 500

- Габариты (длина / ширина / высота), мм…………………………….2750´900´1600

- Масса, кг, не более…………………………………………………….. 250

Программная часть комплекта включает:

- программную среду персонального компьютера (Windows всех версий, начиная с Windows 98);

- разработанные регистраторы режимных параметров машин постоянного и переменного тока, пульты управления электроприводами, виртуальный осциллограф.

Методическая часть комплекта включает:

- настоящее руководство, как комплект материалов для подготовки к проведению лабораторных работ;

- руководства по работе в программной среде LabVIEW (4 тома);

- руководство пользователя платой ввода/вывода 6024Е.

Типовому комплекту лабораторного оборудования «Электрический привод» присущи следующие качества.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, которая выражается в возможности воспроизведения не только установившихся, но и переходных процессов в электроприводах.

ГИБКОСТЬ, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекта сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента.

НАГЛЯДНОСТЬ результатов моделирования, которая обеспечивается их регистрацией и отображением посредством как традиционных измерительных приборов (аналоговых или/и цифровых), так и виртуальных на мониторе компьютера.

НАДЁЖНОСТЬ, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, которая обеспечена выполнением компонентов комплекта классом защиты от поражения электрическим током 01 и I, а также применением защищенных проводников и устройства защитного отключения.

СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН, который обеспечен выполнением комплекта с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики.

На комплексе может работать творческая бригада из 2-3 студентов.

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах

Количество аппаратуры определённого типа, используемого в конкретном эксперименте, приведено в табл. 1.

Таблица 1

Тип аппаратуры	Номер эксперимента
1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	2.1	2.2	2.3	2.4	3.1	3.2	3.3
101.1
102.1
201.2
206.1
207.3
209.2
301.1
306.1
307.1
308.2
314.2
323.2
347.1
402.3
505.2
506.3
507.2
508.2

Описание и технические характеристики электромашинного агрегата

Электромашинный агрегат предназначен для электромеханического преобразования энергии постоянного или переменного тока, получения сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение подвижных частей агрегата. Он включает сочлененные между собой и установленные на едином основании машину постоянного тока, машину переменного тока, маховик и преобразователь угловых перемещений.

Концы обмоток машин выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам.

Машина постоянного тока (тип 101.2)
Номинальная мощность, Вт
Номинальное напряжение якоря, В
Номинальный ток якоря, А	0,56
Номинальная частота вращения, мин–1
Возбуждение	Независимое /параллельное/ последовательное
Номинальное напряжение возбуждения, В
Номинальный ток обмотки возбуждения, А	0,2
КПД, %	57,2
Направление вращения	любое
Режим работы	двигательный/генераторный
Машина переменного тока (тип 102.1)
Число фаз на статоре
Число фаз на роторе
Как синхронная машина
Номинальная активная мощность, Вт
Номинальное напряжение, В
Схема соединения обмоток статора
cos jH
Номинальный ток статора, А	0,26
Ток возбуждения холостого хода, А	1,6
Номинальное напряжение возбуждения, В
Номинальный ток возбуждения, А	1,85
Направление вращения	любое
Номинальная частота вращения, мин–1
Как асинхронная машина
Частота тока, Гц
Номинальная полезная активная мощность, Вт
Номинальное напряжение, В
Схема соединения обмотки статора
Схема соединения обмотки ротора	Y
Номинальный ток статора, А	0,35
КПД, %
cos jH	0,73
Номинальная частота вращения, мин–1
Маховик
Момент инерции, н×м×с2	0,032
Масса, кг, не более
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)
Модель	ВЕ 178А
Количество выходных каналов
Выходные сигналы	серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин-1	0..6000

Описание и технические характеристики функциональных блоков

Таблица 2

Наименование и описание	Параметры	Код	Ширина, мм
Трехфазный источник питания Предназначен для питания комплекта трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения.	400 В ~; 16 А Ток срабатывания УЗО - 30 mA	201.2
Источник питания машины постоянного тока Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение возбуждения нерегулируемое.	Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А	206.1
Тиристорный преобразователь / регулятор Предназначен для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока (режим преобразователя) и трехфазного асинхронного двигателя (режим регулятора). Преобразует трехфазное напряжение синусоидального тока в напряжение постоянного тока, а также в трехфазное напряжение переменной величины. Выходное напряжение регулируется вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ).	3´400 В ~; 2 А	207.2
Возбудитель машины переменного тока Предназначен для питания обмотки возбуждения синхронной машины. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Напряжение возбуждения регулируется вручную или дистанционно / автоматически. Выходные цепи изолированы от входных.	0…40 В -; 3,5 А	209.2

Продолжение таблицы 2

Преобразователь частоты Предназначен для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. Выходные частота и напряжение регулируются согласованно вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ).	3´0…230 В; 3 А; 0...100 Гц
Трехполюсный выключатель Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического (от ПЭВМ) включения / отключения электрических цепей.	400 В ~; 10 А	301.1
Терминал Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам управления функциональных блоков.	6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
Активная нагрузка Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной энергии. Регулируется вручную.	3´0…50 Вт; 220/380 В	306.1
Реостат для цепи ротора машины переменного тока Предназначен для ручного регулирования тока в обмотке ротора машины переменного тока.	3´0…40 Ом; 1 А	307.1
Реостат возбуждения машины постоянного тока Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины постоянного тока.	0…2000 Ом; 0,1…0,3 А	308.1
Линейный реактор Предназначен для моделирования индуктивного сопротивления электрической цепи.	50Гц; 0,5 А; 0,3 Гн	314.2
Выпрямитель Предназначен для неуправляемого преобразования энергии трехфазного переменного тока в энергию постоянного тока.	400 В; 10 А
Реостат Предназначен для ограничения пускового тока в цепи якоря двигателя постоянного тока.	0...200 Ом; 0,8 А	323.2
Трехфазная трансформаторная группа Предназначена для преобразования однофазного / трехфазного напряжения.	3´80 В×А; 230 /240,230, 220, 133, 127 В	347.1
Коннектор Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам платы сбора данных PCI 6024E персонального компьютера.	8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/ выходов

Продолжение таблицы 2

Блок ввода /вывода цифровых сигналов Предназначен для ввода сигналов типа «сухой контакт» и вывода сигналов через контакты промежуточного реле	8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
Блок датчиков тока и напряжения Предназначен для получения нормированных электрических сигналов, пропорциональных напряжениям и токам в контролируемых силовых цепях постоянного и переменного тока, и гальванически с последними не связанных.	3 измерительных преобразователя «ток – напряжение» (5 А/1 А)/5 В; 3 измерительных преобразователя «напряжение - напряжение» (1000 В/100 В) /5 В	402.3	142,5
Блок мультиметров Предназначен для измерения токов, напряжений, омических сопротивлений. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем.	0…1000 В ; 0…10 А ; 0…20 МОм	508.2
Указатель угла нагрузки синхронной машины Предназначен для измерения и отображения в аналоговой форме угла нагрузки синхронной машины. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ.	-180°…0…180°	505.2	142,5
Указатель частоты вращения Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате в аналоговой форме.	2000…0…2000 мин-1	506.2	142,5
Измеритель мощностей Предназначен для измерения активной и реактивной мощностей в однофазной электрической цепи и отображения их в аналоговой форме.	15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А	507.2
Персональный компьютер Предназначен для дистанционного / автоматического управления лабораторным комплексом и отображения информации о нем.	IBM-совместимый, плата сбора данных PCI 6024E

Электрическая схема соединений тепловой защиты машины
переменного тока

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
А1	Машина переменного тока	102.1	100 Вт / 230 В ~ / 1500 мин-
G1	Трехфазный источник питания	201.2	400 В ~ / 16 А

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного
мультиметра

Для измерения трех базовых электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

- установить род тока (постоянный/переменный);

- выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

- правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи.

Присоединение мультиметра (как вольтметра) для измерения напряжения

Присоединение мультиметра (как амперметра) для измерения тока

Присоединение мультиметра(как омметра) для измерения омического сопротивления

Порядок работы с оригинальными программными продуктами

Общие сведения

В программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Электрический привод» входят одиннадцать программных продуктов – «Многоканальный осциллограф», «Регистратор режимных параметров машины постоянного тока», «Регистратор режимных параметров машины переменного тока», «Регистратор режимных параметров частотного привода» и семь узкоспециализированных программ для проведения экспериментов 2.1 – 3.3 настоящего Руководства. Для работы этих программ необходимо наличие установленного драйвера Ni-DAQ платы PCI 6023E или PCI 6024E версии не ниже 7.0.1 с включенной поддержкой Microsoft Visual Basic.

Для того чтобы установить вышеупомянутый драйвер, запустите программу его установки с прилагаемого компакт-диска фирмы National Instruments. В ветви «Traditional Ni-DAQ» появляющегося на одном из этапов установки дерева выберите «установить поддержку Microsoft Visual Basic». Откажитесь от установки «Ni-DAQmx», «Ni-Switch» и пр. (список компонентов может меняться от версии к версии).

После перезагрузки компьютера плата сбора данных должна определиться. Запустите «Measurement&Automation Explorer» и пройдите по ветвям «My System / Devices and Interfaces / Traditional Ni-DAQ Devices / PCI-602*E (device1)» дерева, отображаемого слева. На последней ветке щелкните правой кнопкой мыши и в выпадающем контекстном меню выберите пункт «Test Panel». Наличие «жизни» в тестовой панели означает, что драйвер платы установился корректно.

Пройдите по ветвям дерева (просто прощелкайте их мышкой) «My System / Software / Measurement Studio / For Visual Basic / *» и по всем вложенным веткам. Выполнить это необходимо, иначе далее установленные программы работать не будут! (Необходимость в таких действиях вызвана, по-видимому, ошибкой в драйвере Ni-DAQ, появившейся в нем примерно с версии 6.8.)

Далее можно приступать к установке программ производства ООО «Учебная техника». Для этого с прилагаемого компакт-диска ООО «Учебная техника» следует запустить файлы D:\Осциллограф\Инсталлятор\setup.exe и D:\Привод\Инсталлятор\setup.exe (имеется в виду, что CD-ROM в системе обозначен буквой D). Кроме того, следует скопировать в системный каталог WINDOWS поставляемый вместе с ПО ключ «study.key» (системным каталогом в Windows 98, Windows XP и Windows Millennium обычно является C:\Windows, в Windows NT и Windows 2000 C:\WINNT). Если ключа нет на прилагаемом компакт диске, следует получить его в ООО «Учебная техника». Без ключа программное обеспечение работать не будет! Установленное программное обеспечение можно запускать через кнопку Пуск -> Программы -> Учебная техника.

Пожелания и предложения по программному обеспечению ООО «Учебная техника» можно высказать, связавшись с его разработчиками: soft@electolab.ru, karpesh@mail.ru.