НТЦ-25.000 Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ

Лабораторный стенд предназначен для изучения автоматизированного электропривода, силовой преобразовательной техники, систем управления электроприводами и систем автоматического управления.

Стенд позволяет проводить следующие лабораторные работы:

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 нагрузку и на противо-ЭДС.
5. Исследование трёхфазного УВ.
   • Исследование работы трёхфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную нагрузку и на 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 выходных сигналов, а так же схемы формирования аналогового сигнала скорости по импульсам датчика положения.
20. Исследование системы позиционного регулирования в системе ШИП-ДПТ.
    • Исследование системы позиционного регулирования.

Техническое описание стенда

Конструктивно оборудование 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 серии ПЛ062УХЛ4 (Р_НОМ=90 Вт, n_НОМ=1500 об/мин, n_МАКС=4500об/мин, U_ПИТ=220В), один асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии  АИР56А4У3 (Р_НОМ=120 Вт, n_НОМ=1350 об/мин, U_{СТАТОРА Y/∆}=380/220В, I_{СТАТОРА Y/∆}=0,53/0,8А), оптический датчик скорости с определением направления вращения, маховик для создания инерционного момента.

В корпусе стенда размещены:

• 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 (RS-485), 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.
• 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) режиме.
• 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.
• 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.
• 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)
• Аналоговые регуляторы предназначены для исследования замкнутых систем:
  • Одноконтурная стабилизации тока электродвигателя постоянного тока;
  • Одноконтурная стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока с регулятором скорости;
  • Двухконтурная 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.

• Резисторы в цепь якоря (три ступени);
• Резистор динамического торможения электродвигателя постоянного тока;
• Силовые пускатели релейной подсистемы
• Сбросовые резисторы энергии при перенапряжении на интеллектуальных модулях.

На лицевой панели изображены электрические схемы объектов исследования. Все схемы, изображенные на панели, разбиты на группы в соответствии с тематикой проводимых 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 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, тубмлер режима работы преобразователя (независимый/симметричный);
• задающий потенциометр широтно-импульсного преобразователя для питания обмотоки 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 фазным 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 (трезфазный цифровой/ однофазный аналоговый);
• органы управления секундомером и тремя ступенями пуска;
• органы управления релейной подсистемой.

Для проведения работы необходимо собрать схему объекта исследования с помощью унифицированных перемычек, позволяющих собирать схемы без потери их наглядности.
Проведение лабораторных работ возможно как в ручном режиме, так и в режиме диалога с персональным компьютером.
К лабораторному стенду прилагается программное обеспечение и комплект методической и технической документации, предназначенный для преподавательского состава.

Программное обеспечение позволяет:

• повторять основные теоретические положения, исследуемые в лабораторной работе;
• проверять знания учащихся перед выполнением лабораторной работы (теоретические вопросы, правильность сборки схемы, знание аппаратной части, пошаговый контроль понимания выбора схемы проведения эксперимента и средств измерений для реализации конкретных учебных целей);
• выполнение лабораторных работ 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 над измеряемыми электрическими величинами и их графическое отображение;
• 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.

Технические характеристики

Технические характеристики стенда:

Технические характеристики системы измерений:

Технические характеристики широтно-импульсного преобразователя:

Технические характеристики частотного преобразователя:

Минимальные требования к ПК:

Комплектность оборудования “Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ” модификации НТЦ-25.000:

• лабораторный стенд “Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ” НТЦ-25.000;
• один машинный агрегат;
• программное обеспечение;
• методические указания;
• паспорт;
• комплект перемычек;
• преобразователь интерфейса RS-485 – USB.

Рекомендуемое дополнительное оборудование, не входящее в комплект поставки:

• осциллограф;
• персональный компьютер / ноутбук.