Старооскольский технологический институт (филиал) им. А.А. Угарова

Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский

технологический университет «МИСиС»

Кафедра АИСУ

А.В. Молодых

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника

(очная, заочная формы обучения)

Одобрено редакционно-издательским советом института

Старый Оскол

2014

УДК 621.31(076.5) ББК 31.291

Рецензент:

Директор ООО «Технологии АЭК» Старокожев А.И.

Молодых А.В. Электрический привод. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Старый Оскол. СТИ НИТУ МИСиС, 2014. – 100 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Электрический привод» для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника, очной, заочной форм обучения.

©Молодых А.В.

©СТИ НИТУ МИСиС

СОДЕРЖАНИЕ
Введение...............................................................................................................	4
Описание лабораторного стенда........................................................................	4
Основные правила техники безопасности при работе на лабораторном
стенде....................................................................................................................	7

1.Лабораторная работа № 1. Опрежделение момента инерции

электропривода методом свободного выбега...................................................		8
2.	Лабораторная работа № 2. Исследование электромеханических и
механических характеристик двигателя постоянного тока независимого
возбуждения.......................................................................................................		13
3.	Лабораторная работа № 3. Тормозные режимы двигателя постоянного
тока независимого возбуждения......................................................................		19
4.	Лабораторная работа № 4. Исследование регулировочных свойств
двигателя постоянного тока независимого возбуждения		в системе
«генератор-двигатель»......................................................................................		25
5.	Лабораторная работа № 5. Исследование механических характеристик
асинхронного двигателя с фазным ротором...................................................		33
6. Лабораторная работа № 6. Тормозные режимы асинхронного двигателя
.............................................................................................................................		40
7.	Лабораторная работа № 7. Исследование характеристик асинхронного
двигателя при частотном управлении.............................................................		47
8.	Лабораторная работа № 8. Исследование динамических характеристик
двигателя постоянного тока независимого возбуждения.............................		59
9.	Лабораторная работа № 9. Исследование одноконтурной системы
стабилизации скорости.....................................................................................		65
10. Лабораторная работа № 10. Исследование одноконтурной системы
стабилизации тока.............................................................................................		76
11. Лабораторная работа № 11. Исследование системы подчинённого
регулирования....................................................................................................		83
Литература.........................................................................................................		96

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические указания предназначены для студентов направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника, очной и заочной форм обучения, изучающих дисциплину «Электрический привод». При выполнении лабораторных работ, предусмотренных учебным планом данной дисциплины, студенты приобретают навыки составления и сборки схем электроприводов постоянного и переменного токов, их экспериментального исследования, снятия статических и динамических характеристик разомкнутых и замкнутых систем управления.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Стенд «Электропривод» предназначен для изучения как самого электрического привода, так и силовой преобразовательной техники, систем управления электроприводами, систем автоматического управления. Данный стенд позволяет:

исследовать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением во всех четырёх квадрантах механической характеристики,

атакже реализовывать динамическое торможение двигателя с регулируемым эквивалентным сопротивлением динамического торможения;

исследовать асинхронный двигатель во всех четырёх квадрантах механической характеристики, а также реализовывать динамическое торможение двигателя с регулируемым током;

изучать релейные схемы пуска, реверса и торможения электроприводов постоянного и переменного тока;

изучать электропривод на базе асинхронного двигателя и преобразователя частоты;

изучать электропривод постоянного тока в системах «широтноимпульсный преобразователь – двигатель постоянного тока» и «генератор

–двигатель»;

изучать замкнутые системы регулирования координат привода.

Всостав стенда входят следующие основные узлы:

Два электромашинных агрегата: двигатель постоянного тока – двигатель постоянного тока (M1 – M2); двигатель постоянного тока – асинхронный двигатель (M3 – M4).

Преобразователь частоты, предназначенный для формирования трёхфазного переменного тока регулируемой частоты и напряжения для питания асинхронного двигателя. Преобразователь частоты построен на базе силового интеллектуального модуля PS11036 (Mitsubishi), включающего в себя силовые цепи трёхфазного мостового выпрямителя и

трёхфазного мостового инвертора на IGBT, а также цепи драйверов, измерения токов и защиты. Модуль позволяет осуществлять защиту от токов короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, неправильной подачи сигналов управления. Система управления реализована на контроллере MB90F562 (Fujitsu). Преобразователь частоты позволяет исследовать асинхронный двигатель во всех четырёх квадрантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение двигателя с регулируемым током.

Мостовой реверсивный широтно-импульсный преобразователь для питания двигателя постоянного тока, построенный на той же элементной базе, что и преобразователь частоты. Широтно-импульсный преобразователь позволяет исследовать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением во всех четырёх квадрантах механической характеристики, а также реализовывать динамическое торможение двигателя с регулируемым эквивалентным сопротивлением динамического торможения.

Нереверсивный трёхканальный преобразователь для регулирования тока в обмотках возбуждения двигателей постоянного тока.

Всиловой цепи используются MOSFET фирмы International Rectifier.

Система управления построена на микроконтроллере ATMega163 (Atmel) и реализует три замкнутых контура стабилизации тока возбуждения.

Подсистема измерения, позволяющая измерять и индицировать следующие величины: токи возбуждения двигателей постоянного тока; ток, напряжение и частоту асинхронного двигателя; ток и напряжение на выходе широтно-импульсного преобразователя; ток и напряжения между электромашинными агрегатами в системе «генератор – двигатель»; частоты вращения электромашинных агрегатов; температуры обмоток асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока. Подсистема измерения распределена по стенду, часть функций этой подсистемы возложена на преобразователи, часть на платы измерения: плату измерения аналоговых величин, преобразующую токи и напряжения в цифровые значения и отображающую измеренные величины на индикаторах стенда; плату измерения скорости, реализующую квадратурный счёт сигналов с инкрементных датчиков частоты вращения валов двигателей и индикацию измеренных значений; платы термометров, преобразующие информацию с цифровых датчиков температуры DS1820 (Dallas Semiconductors) и индицирующие величины температур двигателей.

Замкнутая система подчинённого регулирования, предназначенная для изучения систем автоматического управления.

Релейная подсистема, позволяющая реализовывать релейные схемы пуска, реверса и торможения электроприводов.

Параметры двигателей, используемых в лабораторном стенде, приведены в табл. 1 и табл. 2.

Таблица 1. Параметры двигателей постоянного тока (M1 – M3)

	Параметр		Значение
	Тип двигателя		2ПН90LУХЛ4
	Номинальная мощность, кВт		0,55
	Номинальное напряжение обмотки якоря, В		220
	Номинальное напряжение обмотки возбуждения, В		220
	Номинальный ток обмотки якоря, А		3,32
	Номинальный ток обмотки возбуждения, мА		400
	Сопротивление якорной цепи, Ом		16,4
	Номинальный КПД, %		67,5
	Номинальная частота вращения, об / мин		1500
	Максимальная частота вращения, об / мин		4300
	Момент инерции, кг м2		0,005
	Таблица 2. Параметры асинхронного двигателя (M4)
	Параметр		Значение
	Тип двигателя		MTF 011–6У1
	Номинальная мощность, кВт		1,4
	Номинальная частота вращения, об / мин		885
	Номинальный ток обмотки статора, А		5,3
	Номинальное напряжение обмотки статора, В		380 / 220
	Номинальный КПД, %		61,5
	Номинальный коэффициент мощности		0,65
	Максимальный момент, Н м		39
	Номинальный момент, Н м		15,4
	Номинальное напряжение между кольцами ротора, В		116
	Номинальный ток обмотки ротора, А		9,1
	Активное сопротивление обмотки статора, Ом		4,55
	Приведённое активное сопротивление обмотки ротора, Ом		7,3
	Индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом		6,2
	Приведённое индуктивное сопротивление обмотки ротора,		6,1
	Ом
	Момент инерции, кг м2		0,021
	Число пар полюсов		3
	Номинальная частота питающего напряжения, Гц		50

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ

1.Сборку электрических схем, а также различного рода изменения их в процессе выполнения лабораторной работы производить только при отключенном питании стенда.

2.Запрещается использовать соединительные проводники с неисправным состоянием их изоляции и наконечников.

3.До включения лабораторной установки необходимо предъявить собранную электрическую схему преподавателю для проверки. Включение установки под напряжение можно производить только с его разрешения.

4.Во время выполнения лабораторной работы производить изменение точек подключения приборов (осциллограф, вольтметр, амперметр), при включённом питании стенда разрешается только в цепях управления ± 15 В. Запрещается менять подключение приборов в силовых цепях при измерении выходного напряжения ШИП – М1 и выходного напряжения инвертора для питания обмотки статора АИН – М4, а также в цепях обмотки ротора М4. Данные операции выполнять исключительно при отключенном питании стенда.

5.Во время выполнения работ запрещается:

оставлять включённый стенд без надзора.

заходить за лицевую панель стенда в зону нахождения электромашинных агрегатов.

касаться токоведущих и вращающихся частей.

6.При работе в лаборатории следует соблюдать тишину и порядок на рабочем месте. По окончании работы рабочее место следует привести в порядок и сдать проводники и приборы преподавателю.

7.В случае обнаружения каких – либо признаков ненормальной работы оборудования (посторонний шум во вращающихся электрических машинах, дым, запах гари, обрыв соединительных проводников и т.п.) произвести отключение стенда от сети питания автоматическим выключателем «СЕТЬ» и сообщить об этом преподавателю. Запрещается самостоятельно пытаться устранить неисправность.

8.При срабатывании защиты, о чём свидетельствует мигание всех индикаторов, необходимо сообщить об этом преподавателю, не предпринимая при этом никаких действий. Дальнейшее выполнение работы производить только после разрешения преподавателя.