НТЦ-07.25 “Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ”

Учебный лабораторный стенд предназначен для изучения автоматизированного электропривода, силовой преобразовательной техники, систем управления электроприводами и систем автоматического управления.
Категория:
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:
1. 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.
2. Два широтно-импульсных преобразователя, предназначенные для питания цепи якоря, обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока или активно –  индуктивной нагрузки.
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.
3. 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 и однофазный с аналоговой системой импульсно-фазового регулирования.
4. Модуль измерений, построенный на базе цифровых измерительных приборов и предназначенный для измерения и отображения тока в обмотке возбуждения двигателя постоянного тока, а так же измерения напряжения и тока между широтно-импульсными преобразователями и частотным преобразователем.
5. 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 в функции тока, ЭДС, скорости или времени;
  • 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).
6. 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.
При этом аналоговые регуляторы имеют регулируемые пропорциональные и пропорционально-интегральные обратные связи по скорости и по току.
 
7. Резисторы в цепь якоря (три ступени).
8. Резистор динамического торможения электродвигателя постоянного тока.
9. Силовые пускатели релейной подсистемы.
10. 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. Так же 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;
  • напряжение и 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.

Программное обеспечение 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 разного уровня сложности:
    • в полностью автоматизированном режиме (базовый уровень);
    • создавать собственные алгоритмы выполнения работ на основе блок-схем;
    • создавать собственную методику выполнения лабораторной работы и расчетную часть исследовательской направленности;
  • 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.

Перечень выполняемых работ

1. Исследование статических МХ и ЭМХ ДПТ-НВ.
Снятие естественных и искусственных статических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в трёх квадрантах.

2. Исследование статических МХ и ЭМХ АД-КЗ.

Снятие естественных и искусственных статических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в трёх квадрантах.

3. Исследование аналоговой системы ИФУ однофазного УВ.
Исследование схемы и принципа формирования управляющих сигналов в СИФУ вертикального действия.

4. Исследование однофазного УВ.
Исследование работы однофазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную нагрузки и противо-ЭДС.

5. Исследование трёхфазного УВ.
Исследование работы трёхфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную нагрузки и противо-ЭДС.

6. Исследование трёхфазного ШИП.
Исследование схемы и принципа работы широтно-импульсного преобразователя на IGBT-транзисторах.

7. Исследование трёхфазного АИ.
Исследование схемы и принципа работы автономного инвертора напряжения на IGBT-транзисторах.

8. Экспериментальное определение момента инерции.
Определение момента инерции спарки методом свободного выбега.

9. Исследование статических МХ ДПТ-НВ в тормозных режимах работы.
Снятие статических характеристик динамического торможения, генераторного режима и режима противовключения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

10. Исследование способов торможения ДПТ-НВ.
Исследование динамического торможения и торможения противовключением двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

11. Исследование реостатного пуска ДПТ-НВ.
Исследование реостатного пуска в функции времени, ЭДС, скорости и тока якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
12. Исследование процессов пуска ДПТ-НВ.
Исследование влияния напряжения якоря и потока возбуждения на процесс пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

13. Исследование процессов пуска АД-КЗ.
Исследование влияния частоты и напряжения статора на процесс пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

14. Исследование способов торможения АД-КЗ.
Исследование динамического торможения и торможения противовключением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

15. Исследование статических МХ АД-КЗ в тормозных режимах работы.
Снятие статических характеристик динамического торможения, генераторного режима и режима противовключения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

16. 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.

17. 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.

18. Исследование системы подчинённого регулирования в системе ШИП-ДПТ.
Исследование статических характеристик системы подчинённого регулирования при пропорциональном и пропорционально-интегральном регуляторах скорости.

19. Исследование импульсного датчика положения и частоты вращения.
Исследование принципа формирования квадратурного сигнала импульсного датчика положения.

20. Исследование системы позиционного регулирования в системе ШИП-ДПТ.
Исследование системы позиционного регулирования.

Технические характеристики

Питание 3 ~ 220/127 В, 50 Гц
Потребляемая мощность, кВт, не более 0,5
Габаритные размеры стенда, не более
ширина, мм 1310
высота, мм 1460
глубина, мм 600
Габаритные размеры машинного агрегата, не более
длина, мм 400
ширина, мм 150
высота, мм 180
Вес стенда, кг, не более 85
Габаритные размеры настольной версии стенда, не более
ширина, мм 1310
высота, мм 680
глубина, мм 450
Габаритные размеры машинного агрегата, не более
длина, мм 400
ширина, мм 150
высота, мм 180
Вес стенда, кг, не более 50

Технические характеристики системы измерений

Количество отображаемых параметров на стенде 12 шт.
вольтметров 2 шт.
амперметров 4 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 ±8 А
Напряжение звена постоянного тока 300 В
Частота преобразователя 8 кГц
Перегрузка по току ±16 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.;
  • CD-диск с сопроводительной документацией – 1 шт.;
  • паспорт – 1 шт.;
  • комплект перемычек – 1 компл.;
  • кабель AM-BM USB 2.0 – 1 шт.

Видео

Необходимое дополнительное оборудование