Инженерно-производственный центр «Учебная техника»
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
Руководство по выполнению базовых экспериментов
ЭП.002 РБЭ (905.1)
2005
Сенигов П.Н., Карпеш М.А. Электрический привод. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭП.002 РБЭ (905.1). - Челябинск: ООО «Учебная техника», 2005. - 106 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. 8
Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра. 11
Порядок работы с оригинальными программными продуктами. 12
1. НЕАВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ... 16
1.1. Электропривод системы «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 17
1.2. Электропривод системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 29
1.3. Электропривод системы «Реверсивный тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения». 39
1.4. Электропривод системы «Тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 47
1.5. Электропривод системы «Преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 55
2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАЗОМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ КОМПЬЮТЕРА.. 63
2.1. Электропривод системы «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 64
2.2. Электропривод системы «Источник напряжения промышленной частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 73
3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЗАМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ КОМПЬЮТЕРА.. 80
3.1. Электропривод системы «Источник ЭДС - двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения». 81
3.2. Электропривод системы «Реверсивный тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока независимого возбуждения». 91
3.3. Электропривод системы «Преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». 99
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;
- настольные рамы для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков.
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…………………………………………………….. 150
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 | 2.1 | 2.2 | 3.1 | 3.2 | 3.3 | |
| 101.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 106 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 104 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 201.2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 206.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||
| 207.3 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 217 | 1 | 1 | ||||||||
| 301.1 | 1 | 3 | 3 | |||||||
| 304 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 306.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||
| 308.2 | 1 | 1 | ||||||||
| 314.2 | 1 | 1 | 2 | |||||||
| 318.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 322 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||
| 323.2 | 1 | 1 | 1 | |||||||
| 330 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 331 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 347.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 402.3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 506.3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 507.2 | 1 | |||||||||
| 508.2 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 550 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
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, классический асинхронный двигатель 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 | 90 |
| Номинальное напряжение якоря, В | 220 |
| Номинальный ток якоря, А | 0,56 |
| Номинальная частота вращения, мин–1 | 1500 |
| Возбуждение | Независимое /параллельное/ последовательное |
| Номинальное напряжение возбуждения, В | 220 |
| Номинальный ток обмотки возбуждения, А | 0,2 |
| КПД, % | 57,2 |
| Направление вращения | любое |
| Режим работы | двигательный/генераторный |
| Асинхронный двигатель (тип 106) | |
| Число фаз на статоре | 3 |
| Схема соединения обмоток статора | 
|
| Частота тока, Гц | 50 |
| Номинальная полезная активная мощность, Вт | 120 |
| Номинальное напряжение, В | 220/380 |
| Номинальный ток статора, А | 0,73 / 0,42 |
| КПД, % | 63 |
| cos jH | 0,66 |
| Номинальная частота вращения, мин–1 | 1350 |
| Маховик | |
| Момент инерции, н×м×с2 | 0,009 |
| Масса, кг, не более | 7 |
| Преобразователь угловых перемещений (тип 104) | |
| Модель | ВЕ 178А |
| Количество выходных каналов | 6 |
| Выходные сигналы | серия импульсов и опорный импульс |
| Число импульсов за оборот в серии | 2500 |
| 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 |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 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 | 285 |
| 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 | 285 |
| 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 | 285 |
| Регулируемый автотрансформатор Предназначен для питания цепей регулируемым переменным напряжением. | ~ 220 / 0..240 В / 2А | 318.1 | 142,5 |
Продолжение таблицы 2
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 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 | 217 | 285 |
| Трехполюсный выключатель Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического (от ПЭВМ) включения / отключения электрических цепей. | ~ 400 В; 10 А | 301.1 | 95 |
| Терминал Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам управления функциональных блоков. | 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд | 304 | 95 |
| 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 | 285 |
| Реостат возбуждения машины постоянного тока Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины постоянного тока. | 0…2000 Ом; 0,1…0,3 А | 308.1 | 285 |
| Линейный реактор Предназначен для моделирования индуктивного сопротивления электрической цепи. | 50Гц; 0,5 А; 0,3 Гн | 314.2 | 95 |
| Выпрямитель Предназначен для неуправляемого преобразования энергии трехфазного переменного тока в энергию постоянного тока. | 400 В; 10 А | 322 | 95 |
| Реостат Предназначен для ограничения пускового тока в цепи якоря двигателя постоянного тока. | 0...200 Ом; 0,8 А | 323.2 | 285 |
| Трехфазная трансформаторная группа Предназначена для преобразования однофазного / трехфазного напряжения. | 3´80 В×А; 230 /240,230, 220, 133, 127 В | 347.1 | 285 |
| 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 | 330 | 285 |
Продолжение таблицы 2
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 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 | 331 | 95 |
| 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 | 285 |
| 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 | 285 |
| Персональный компьютер Предназначен для дистанционного / автоматического управления лабораторным комплексом и отображения информации о нем. | IBM-совместимый, плата сбора данных PCI 6024E | 550 |
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.