Опис
Конструктивно стенд НТЦ-06.23.1. Електричні машини з МПСУ складається з:
- корпусу, в який встановлена частина електроустаткування, електронні плати, лицьова панель і стільниця інтегрованого робочого столу;
- електромашинного агрегату №1, до складу якого входить один електродвигун постійного струму незалежного збудження, один асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором, один асинхронний електродвигун з фазним ротором, імпульсний датчик швидкості з визначенням напрямку обертання;
- електромашинного агрегата №2, до складу якого входить індукційний регулятор з черв’ячним редуктором. Обертання вала здійснюється за допомогою ручки через редуктор. Кут повороту вала регулятора відображається на шкалі в межах від -180 ° до + 180 °.
Стенд комплектується електромашинними агрегатами на основі електродвигунів малої потужності (90 Вт).
У корпусі стенду розміщені:
- Частотний перетворювач, призначений для формування трифазної мережі змінного струму регульованої частоти і напруги. Перетворювач побудований на базі мікроконтролера MB90F562 (Fujitsu) і силового інтелектуального модуля PS11033 (Mitsubishi). Контролер служить для обрахунків вхідних (завдання напруги і частоти) і вихідних сигналів (струм, напруга), організації обміну даних з ПК (RS-485), виведення вимірюваних величин на лицьову панель стенда. Силовий модуль включає в себе силові ланцюга трифазного мостового випрямляча, трифазного мостового інвертора на транзисторах IGBT, а також ланцюги драйверів і захисту від струмів короткого замикання, недостатнього напруги живлення драйверів, неправильної подачі сигналів управління.
- Три широтно-імпульсних перетворювача, призначених для живлення ланцюга якоря і обмотки збудження електродвигуна постійного струму, а так само живлення ланцюга ротора асинхронного двигуна з фазним ротором в режимі синхронного двигуна і генератора. Два широтно-імпульсних перетворювача реалізовані на елементній базі частотного перетворювача. Два його плеча використовуються для отримання реверсивного ШИП, а час, що залишився плече використовується в якості нереверсивного ШИП для живлення обмотки ротора трифазного асинхронного двигуна. Живлення обмотки збудження реалізовано на окремому MOSFET транзисторі фірми International Rectifier.
Система управління побудована на мікроконтролері ATMega (Atmel). Вона реалізує обрахування вхідних (завдання напруги, частоти і струму динамічного гальмування) і вихідних сигналів (струму якоря, збудження, ротора), організацію обміну даних з ПК (RS-485), висновок вимірюваних величин на лицьову панель стенда. Широтно-імпульсний перетворювач ланцюга якоря електродвигуна постійного струму доповнений режимом роботи замкнутої системи (регулювання по струму або по швидкості), а так само генераторним режимом роботи.
- Модуль вимірювань побудований на базі цифрових вимірювальних приладів. Крім безпосереднього вимірювання струму і напруги кожен з каналів може розраховувати:
o діюче значення змінного струму і напруги;
o кут зсуву фаз між струмом і напругою;
o активну потужність.
Виміряні значення можуть відтворюватись на передній панелі стенда або передаватися на комп’ютер.
- Релейно-контакторних управління, яке дозволяє:
o Перемикати схему з’єднання асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором.
o Вводити індуктивності в ланцюг статора асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором, в ланцюг паралельного (другого) трифазного трансформатора.
o Змінювати величину навантажувальних опорів в трифазного ланцюга.
o Підключати асинхронні електродвигуни до мережі або частотного перетворювача.
- Резистори в ланцюзі обмотки збудження (два ступені).
- Навантажувальні резистори в трифазного ланцюга (чотири ступені).
- Скидний резистори енергії при перенапруженні на інтелектуальних модулях.
- Лампи розжарювання для синхронізації трифазного генератора з мережею.
- Пускачі релейного підсистеми.
- Двохобмотувальні трансформатори.
Частотний і широтно-імпульсний перетворювачі включені на спільну роботу внутрішньої мережі (режим рекуперації) для зменшення споживаної потужності з мережі.
На лицьовій панелі стенда зображені електричні схеми об’єктів дослідження. Всі схеми, зображені на панелі, розбиті на групи відповідно до тематики проведених робіт. На панелі стенда встановлені комутаційні гнізда, індикатори цифрових приладів, комутаційна апаратура, а також органи управління, що дозволяють змінювати параметри елементів при проведенні лабораторних робіт.
Органи управління на лицьовій панелі стенда:
- задає потенціометр для управління реверсивним широтно-імпульсним перетворювачем;
- задають потенціометри широтно-імпульсних перетворювачів для живлення обмотки збудження електродвигуна постійного струму і ротора електродвигуна з фазним ротором;
- задають потенціометри частотного перетворювача, що дозволяють плавно змінювати вихідну частоту (0 ÷ 163 Гц), вихідна напруга (0 ÷ 220 В);
- органи управління релейного підсистемою.
Для проведення лабораторної роботи необхідно зібрати схему об’єкта дослідження за допомогою уніфікованих перемичок, які дозволяють представити схему в наочному вигляді.
Проведення лабораторних робіт можливо як в ручному режимі, так і в режимі діалогу з персональним комп’ютером.
До стенду додається:
- комплект методичної та технічної документації, призначений для викладацького складу;
- програмне забезпечення для роботи зі стендом. Проведення лабораторних робіт за допомогою програмного забезпечення «EM» має на увазі собою збір даних у фоновому режимі, автоматичне заповнення таблиці даних і побудова в режимі реального часу графіків за отриманими даними під час безпосереднього виконання учнями лабораторної роботи.
Так само за допомогою даного програмного забезпечення можливе комплексне проведення лабораторної роботи, при якому учню пропонується проходження наступних етапів:
- теоретичний опитування по темі виконуваної лабораторної роботи;
- збір, перевірка і коригування схеми проведеного експерименту на віртуальній панелі стенда;
- безпосереднє виконання лабораторної роботи на стенді.
При невдалому завершенні етапу теоретичної перевірки знань або збірки схеми експерименту учень до виконання наступного етапу лабораторної роботи не допускається.
Так само для деяких робіт передбачений варіант автоматичного проведення лабораторної роботи під управлінням ПК. При цьому необхідно тільки зібрати схему і задати конкретні параметри експерименту, після чого відбувається повністю автоматичне зняття характеристик досліджуваних машин.
У всіх варіантах проведення лабораторних робіт результати експерименту виходять у вигляді таблиць, величин і графіків. Існує можливість експорту таблиць в буфер обміну або офісний додаток MS Excel, копіювання графіків в буфер обміну. Так само для графіків передбачена можливість зміни масштабу відображення в ручному або автоматичному режимі, настроювання параметрів відтворення (колір, товщина, тип лінії), згладжування даних, налаштування осей графіка та ін.
Так само програма має можливість в ручному режимі дистанційно керувати усіма вузлами стенду, що дозволяє перевірити їх працездатність і повністю дистанційно проводити лабораторні роботи.
Під час роботи стенду програмне забезпечення дублює панель стенда на екрані комп’ютера. При цьому в режимі реального часу всі значення вимірюваних величин відображаються на панелі стенда.
Перелік виконуваних робіт
- Дослідження силового двохобмотувальні трансформатора методом холостого ходу і короткого замикання. Дослідження однофазного трансформатора в різних режимах роботи, визначення параметрів схеми заміщення і зняття зовнішньої характеристики трансформатора. Дослідне визначення груп з’єднання трифазного двохобмотувальні трансформатора.
- Вивчення векторних діаграм напруг при різних схемах підключення і дослідне визначення групи з’єднання трифазного трансформатора.
- Дослідження паралельної роботи трифазних двообмоткових трансформаторів. Вивчення умов включення трансформаторів на паралельну навантаження і принцип розподілу навантаження між паралельно працюючими трансформаторами.
- Дослідження трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Вивчення конструкції і зняття характеристик трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором методом холостого ходу, короткого замикання і безпосереднього навантаження.
- Дослідження трифазного асинхронного двигуна з фазним ротором. Вивчення конструкції і зняття характеристик трифазного асинхронного двигуна з фазним ротором.
- Дослідження способів пуску трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Вивчення пускових властивостей трифазних асинхронних двигунів, збірка схем і зняття статичних і динамічних пускових характеристик двигуна.
- Дослідження трифазного синхронного генератора. Вивчення конструкції, принципу роботи та зняття характеристик трифазного синхронного генератора.
- Дослідження трифазного синхронного генератора, включеного на паралельну роботу з мережею. Вивчення принципу роботи і зняття характеристик трифазного синхронного генератора, включеного на паралельну роботу з мережею.
- Дослідження трифазного синхронного двигуна. Вивчення принципу роботи і зняття характеристик трифазного синхронного двигуна.
- 1 Дослідження генератора постійного струму паралельного возбужденія.Ізученіе принципу роботи і зняття характеристик генератора постійного струму паралельного збудження.
- Дослідження генератора постійного струму незалежного збудження. Вивчення принципу роботи і зняття характеристик генератора постійного струму незалежного збудження.
- Дослідження двигуна постійного струму паралельного збудження. Вивчення принципу роботи і зняття характеристик двигуна постійного струму паралельного збудження.
- Дослідження індукційного регулятора.
Технічні характеристики НТЦ-06.23.1
| живлення | 3 ~ 50 Гц 220/127 В 3P + PE + N |
| Споживана потужність, кВт, не більше | 0,3 |
| Габаритні розміри стенду, не більше | |
| ширина, мм | 1310 |
| висота, мм | 1460 |
| глибина, мм | 600 |
| Габаритні розміри машинного агрегату №1, не більше | |
| довжина, мм | 650 |
| ширина, мм | 150 |
| висота, мм | 180 |
| Габаритні розміри машинного агрегату №2, не більше | |
| довжина, мм | 300 |
| ширина, мм | 150 |
| висота, мм | 200 |
| Вага стенда, кг, не більше | 85 |
Технічні характеристики системи вимірювання
| Кількість відображуваних параметрів на стенді | 16 шт. (13 індикаторів) |
| вольтметрів | 4 шт. |
| амперметрів | 7 шт. |
| фазометрів | 1 шт. |
| вимірювачів швидкості | 1 шт. |
| ватметрів | 2 шт. |
| вимірювач частоти | 1 шт. |
| Діапазон вимірюваних напруг | від ± 1 до ± 750 В |
| Діапазон вимірюваних струмів | від ± 1 мА до ± 10 А |
| Діапазон вимірюваних швидкостей | від ± 1 до ± 314 рад / с |
| Діапазон вимірюваних частот
Діапазон зміни зсуву фаз |
від 0 до 163 Гц
від 0 до 360 про |
| Точність вимірювань, до | 1% |
Технічні характеристики ШИП
| Номінальний струм | ± 20 А |
| Напруга ланки постійного струму | 300 В |
| частота перетворювача | 8 кГц |
| Перевантаження по струму | ± 40 А |
Технічні характеристики частотного перетворювача
| Потужність двигуна | 1,5 кВт |
| Номінальний струм | 7 А |
| Робочий діапазон вихідних напруг | 3 ~ 220 В |
| метод управління | синусоїдальна ШІМ (управління U / f, незалежне) |
| Діапазон управління по частоті | від 0 до 163 Гц |
| Роздільна здатність по частоті | 0,3 Гц |
| Запас по перевантаженню | 150% від номін. вихідного струму протягом 1 хвилини (інтегральна залежність) |
Комплектність НТЦ-06.23.1
- навчальний лабораторний стенд – 1 шт .;
- комплект перемичок – 1 компл .;
- кабель AM-BM USB 2.0 – 1 шт .;
- паспорт – 1 шт .;
- диск CD-R із супровідною документацією – 1 шт.
Необхідне додаткове устаткування
- Персональний комп’ютер або ноутбук
- Трифазний трансформатор ТСЗМ1-1,6
