Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электропривода   и автоматизации промышленных установок

ЭЛЕКТРОПРИВОД
Методические  указания к выполнению лабораторных работ
для студентов специальности
5В071800 –Электроэнергетика

Алматы 2014

Составители: П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, Н.К. Алмуратова. Электропривод. Методические  указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071800 - Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2014. –34с.

Методические  указания содержат необходимые технические сведения о стендах, программу выполнения работ, методику подготовки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов, контрольные вопросы. Исследуются схемы построения, статические и динамические  характеристики, способы регулирования скорости и тормозные режимы электроприводов  постоянного и  переменного тока.

Методические  указания предназначены для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил.8, табл.10, библиогр. – 5 назв.

Рецензент: доцент кафедры ЭПП М.В. Башкиров.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет  энергетики и связи» на 2013 г.

Ó   НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Содержание

Работа №1. Исследование тормозных режимов работы ДПТ	4
Работа №2. Исследование системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока»	11
Работа №3. Исследование преобразователя частоты UNIDRIVE SP1401	16
Работа №4. Исследование разомкнутой системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель»	20
Работа №5. Исследование разомкнутой системы «Преобразователь частоты – синхронный двигатель»	27

Лабораторная работа №1.  Исследование тормозных режимов работы двигателя постоянного тока

Цель работы: исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в тормозных режимах работы.

1 Программа выполнения работы

1. Собрать схему для снятия характеристик тормозных режимов ДПТ.

2. Снять характеристику при рекуперативном торможении.

3. Снять несколько характеристик торможения противовключением.

4. Снять схему для исследования динамического торможения ДПТ.

5. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и сделать заключение.

В лабораторной работе используются следующие модули: модуль питания стенда (МПС); модуль питания (МП); модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1); силовой модуль (СМ); модуль тиристорного преобразователя (ТП); модуль преобразователя частоты (ПЧ); модуль ввода/вывода (МВВ).

Схема для исследования тормозных режимов двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 1.

Выходы ДТ, ДН и ПЧН силового модуля подключаются к входам АDC1, АDC2 и АDC3 соответственно модуля МВВ.

Тормозные режимы обеспечивает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты.

Якорная цепь ДПТ подключается к выходу тиристорного преобразователя.

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– кнопку «Сеть» модуля ТП, переключатели SA4, SA6 перевести в нижнее положение, переключатель SA3 перевести в положение «Руч», установить режим регулирования скорости ТП (Приложение Б);

– переключатель SA1 модуля ПЧ перевести в среднее положение, SA3 – в нижнее положение, потенциометр RP1 установить в крайнее положение против часовой стрелки;

– перевести ПЧ в режим регулирования по моменту (Приложение Б);

– для проведения работы на персональном компьютере должна быть запущена программа DeltaProfi и выбрана соответствующая работа.

Рисунок 1 - Схема для исследования двигателя независимого возбуждения

2 Исследование рекуперативного торможения ДПТ

Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока представляет собой способ торможения, при котором энергия торможения отдается обратно в источник питания. В данном случае в качестве источника питания выступает тиристорный преобразователь, который отдает рекуперированную энергию в сеть.

Рекуперативное торможение возможно только в случае, когда частота вращения двигателя превосходит частоту вращения на холостом ходу. При этом ЭДС двигателя оказывается больше ЭДС источника.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматических выключателей QF1, QF2 модулей питания стенда и питания подать напряжение на необходимые элементы стенда;

– перевести переключатель SA1 МДС1 в положение «0»;

– включить кнопку «Сеть» ТП;

– подав разрешение на работу ТП, установить выходное напряжение на уровне 120…150В;

– выбрав необходимое направление вращения ПЧ, задать момент нагрузки. Если частота вращения ДПТ уменьшается, изменить направление вращения ПЧ (SA1 модуля ПЧ);

– увеличивая момент, снять несколько точек в режиме рекуперации ДПТ, фиксируя необходимые величины в таблице 1.

Рекомендуется зафиксировать также точку холостого хода ДПТ и точку перехода в генераторный режим. В ходе выполнения опыта важно учитывать знаки величин.

Т а б л и ц а 1

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Расчетные формулы.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Выходная мощность тиристорного преобразователя, Вт:

P_Я=U_Я∙I_Я.

Электрические потери в обмотке якоря, Вт:

,

где r_Я – сопротивление якорной цепи ДПТ (Приложение В), Ом.

Электрические потери в цепи обмотки возбуждения электродвигателя, Вт:

,

где r_В – сопротивление цепи обмотки возбуждения (Приложение В), Ом.

Мощность на валу электродвигателя, Вт:

,

где  – механические потери ДПТ (Приложение В), Вт.

Момент, развиваемый двигателем, Н∙м:

,

.

3 Исследование торможения противовключением

Торможение противовключением электродвигателя представляет собой торможение, при котором электродвигатель вращается в сторону, противоположную заданной. Данный вид торможения встречается преимущественно при нагрузках с активным моментом сопротивления.

Для снятия характеристик электродвигателя в режиме противовключения необходимо ввести в якорную цепь добавочное сопротивление для уменьшения жесткости механической характеристики. Данное сопротивление устанавливается в пределах 120…160 Ом переключателем SA1 МДС1.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматических выключателей QF1 и QF2 подать напряжение на стенд;

– предварительно установив добавочное сопротивление в цепи якоря ДПТ, включить ТП (кнопка «Сеть»);

– подав разрешение на работу ТП (SA6), установить частоту вращения ДПТ на уровне 350…400 об/мин;

– разрешить работу ПЧ (SA3) и, задав переключателем SA1 модуля направление вращения асинхронного двигателя, изменять момент нагрузки потенциометром RP1 модуля. Если частота вращения увеличивается, поменять направление вращения АДКЗ;

– плавно задавая нагрузку, снять механическую характеристику ДПТ, при этом зафиксировав точку короткого замыкания (U_Я>0, М_В>0, ω=0), а также несколько точек режима противовключения.

Данные занести в таблицу 2.

        Т а б л и ц а 2

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Расчетные формулы.

Выходная мощность тиристорного преобразователя, Вт:

P_ТП=U_ТП∙I_Я.

Потери в добавочном сопротивлении, Вт:

.

4 Исследование динамического торможения

Динамическое торможение ДПТ представляет собой такой тип торможения, при котором якорная цепь отключается от источника питания и подключается к сопротивлению R_ДТ.

Для снятия характеристик динамического торможения собирается схема, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема для снятия характеристик динамического торможения

Обмотка возбуждения ДПТ подключается к выходу =220В модуля питания, а якорная цепь через датчики тока и напряжения силового модуля включается на добавочные сопротивления RP1 и RP2, соединенные в параллель, модуля МДС1.

Выходы датчиков тока и напряжения, а также выход ПЧН подключаются к входам А1, А2, А3 модуля вода/вывода соответственно.

Тормозные режимы обеспечивает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– перед проведением опыта перевести преобразователь частоты в режим регулирования скорости (Приложение А);

– установив по указанию преподавателя добавочное сопротивление в цепи якоря ДПТ, подать напряжение на стенд включением автоматических выключателей QF1 (МПС), QF2 (МП);

– задав переключателем SA1 модуля ПЧ направление вращения асинхронного двигателя, изменять частоту вращения потенциометром RP1 модуля;

– плавно задавая нагрузку, снять механическую характеристику ДПТ при вращении вперед и назад. Ограничение по току якоря: I_Я<1.5А. Данные занести в таблицу;

– повторить опыт для другого значения сопротивления в якорной цепи, а также для нулевого значения сопротивления (SA1 МДС1 перевести в положение «0»).

Т а б л и ц а 3

После проведения опыта необходимо установить все переключатели модулей в исходное состояние.

5 Снятие осциллограмм переходных процессов

При работе реверсивного тиристорного преобразователя энергия торможения двигателя возвращается обратно в сеть. При этом имеет место рекуперативное торможение двигателя.

Для осциллографирования переходных процессов необходимо собрать схему, представленную на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема для снятия переходных процессов

Для снятия переходных процессов рекуперативного торможения необходимо:

– перед проведением опыта перевести ТП в режим регулирования скорости (Приложение В).

– включить автоматический выключатель модуля питания стенда QF1;

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП и подать разрешение на работу SA6;

– выбрав направление вращения ДПТ установить потенциометром RP1 частоту вращения на уровне 400…500 об/мин, затем остановить двигатель переведением SA5 в среднее положение. Положение потенциометра не менять;

– выбрав в программе DeltaProfi в меню «Развертка и синхронизация» масштаб по времени, равный 3с (3000мс), произвести пуск/торможение, а затем реверс/торможение ДПТ с помощью переключателя SA5, фиксируя переходный процесс на экране ПК;

– по окончании опыта снять разрешение на работу ТП (SA6).

Обработка результатов.

После проведения опытов необходимо рассчитать необходимые величины, указанные в таблицах, а также построить механические ω=f(M) и электромеханические характеристики ω=f(I_Я).

Также необходимо построить энергетические диаграммы для следующих режимов работы:

- холостой ход;

- двигательный режим;

- идеальный холостой ход;

- рекуперативное торможение;

- точка короткого замыкания;

- торможение противовключением; динамическое торможение введением R_ДТ;

- динамическое торможение при R_ДТ=0.

Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Энергетическая диаграмма ДПТ для двигательного режима

6 Контрольные вопросы

1. Какой из видов торможения ДПТ наиболее оптимален в энергетическом отношении, какой наименее оптимален?

2. Какой вид торможения обеспечивает точную остановку электропривода с реактивным статическим моментом на валу?

3. Возможно ли динамическое торможение ДПТ параллельного возбуждения и если да, то эффективно ли оно?

4. Для каких режимов торможения понятие КПД неприменимо?

Лабораторная работа №2. исследование системы
«тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока»

           

Цель работы: исследование рабочих свойств системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока» (ТП-Д), способов регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

1 Программа выполнения работы

1. Изучить принципы работы с модулем тиристорного преобразователя (Приложение Б).

2. Изучить схему для снятия характеристик системы ТП-Д.

3. Снять естественные механическую и электромеханическую характеристики двигателя.

4. Снять искусственные механическую и электромеханическую характеристики ДПТ при изменении напряжения якоря.

5. Снять регулировочные характеристики системы ТП-Д.

6. Снять переходные процессы при пуске/останове двигателя.

7. По полученным данным построить опытные кривые, составить отчет по работе.

В лабораторной работе используются следующие модули: модуль питания стенда (МПС); модуль питания (МП); силовой модуль (СМ); модуль преобразователя частоты (ПЧ); модуль тиристорного преобразователя (ТП);  модуль регуляторов (МР); модуль ввода/вывода (МВВ).

Схема для исследования системы приведена на рисунке 1.

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП) через датчики тока и напряжения. Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП, Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.

Выход регулятора тока модуля регуляторов подключается к входу X1 модуля ТП, а также к входу ADC4 модуля ввода/вывода. На вход регулятора тока подается сигнал задания с потенциометра RP1 модуля.

В качестве нагрузочной машины выступает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты ПЧ.

Преобразователь частоты запитывается трехфазным напряжением 3x380В от модуля МП.

Выходы датчиков тока и напряжения, а также ПЧН силового модуля подключаются к входам АВС1, АВС2, АВС3 модуля ввода/вывода соответственно.

Рисунок 1 - Схема для исследования системы ТП-Д

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– перевести тиристорного преобразователя в режим регулирования скорости (Приложение Б), установить переключатель SA3 в положение «Авт», SA4 – в положение «НМ», кнопку «Сеть» – в нижнее положение, SA6 – в нижнее положение;

– переключатель SA1 модуля ПЧ установить в нижнее положение, потенциометр RP1 – на минимум снимаемого напряжения (крайнее положение против часовой стрелки), переключатель SA2 – в среднее положение;

– потенциометр сигнала задания на модуле регуляторов установить в крайнее положение против часовой стрелки, переключатель SA5 установить в положение «3,5», SA6 установить в положение «0».

– для проведения работы на персональном компьютере должно быть запущено ПО DeltaProfi и выбрана соответствующая работа.

– после сборки схемы необходимо настроить преобразователь частоты на режим регулирования момента (Приложение Б).

2 Снятие естественных механической и электромеханической характеристик

Естественные характеристики представляют собой зависимости частоты вращения двигателя от тока якоря (электромеханическая характеристика) , и от момента на валу электродвигателя (механическая характеристика)  при постоянной величие питающего напряжения U_Я=const.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1, QF2;

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и установить потенциометром RP1 модуля регуляторов выходное напряжение ТП 200В;

– разрешить работу ПЧ (SA3) и, выбрав необходимое направление вращения АДФР, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки. При снятии опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5А;

– при проведении опыта желательно зафиксировать несколько точек двигательного и генераторного режимов.

Результаты опыта заносить в таблице 1.

Т а б л и ц а 1

n, об/мин
IЯ, А
UЯ, В
iВ, А
PЯ, Вт
ΔPЭЛЯ, Вт
ΔPЭЛВ, Вт
PВ, Вт
MВ, Н∙м
ω, 1/с

После проведения опыта вывести RP1 модуля ПЧ в крайнее левое положение, переключатель SA1 установить в среднее положение, остановить ДПТ.

Расчетные данные.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Мощность на выходе тиристорного преобразователя, Вт:

.

Электрические потери в якорной цепи электродвигателя, Вт:

,

где r_Я – сопротивление якорной цепи (Приложение В), Ом.

Электрические потери в цепи обмотки возбуждения электродвигателя, Вт:

,

где r_В – сопротивление цепи обмотки возбуждения (Приложение В), Ом.

Мощность на валу электродвигателя, Вт:

,

где  – механические потери ДПТ (Приложение В), Вт. :

Момент на валу электродвигателя, Н∙м

.

По результатам опыта построить характеристики , , сравнить с аналогичными характеристиками двигателя.

3 Снятие искусственных характеристик

Искусственные характеристики при пониженном напряжении представляют собой зависимости частоты вращения двигателя от тока якоря (электромеханическая характеристика)  и от момента на валу электродвигателя (механическая характеристика)  при напряжении якоря, не равном номинальному, отсутствии добавочных сопротивлений в якорной цепи, номинальном потоке возбуждения.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1, QF2;

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и установить напряжение U_ТП по указанию преподавателя;

– разрешить работу ПЧ (SA3) и, выбрав необходимое направление вращения АДФР, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки. При снятии опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5А;

– при проведении опыта желательно зафиксировать несколько точек двигательного и генераторного режимов.

При установке пониженного напряжения зафиксировать точку короткого замыкания.

Результаты измерений занести в таблицу 2.

Т а б л и ц а 2

После проведения опыта вывести RP1 модуля ПЧ в крайнее левое положение, переключатель SA1 установить в среднее положение, остановить ДПТ.

4 Снятие регулировочных характеристик

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости напряжения на выходе преобразователя, частоты вращения, мощности на выходе ТП и на валу, КПД электродвигателя от напряжения управления: U_Я, ω, P_ЭЛ, P_В, η=f(U_ВХ), I_Я=const.

Для снятия данной характеристики необходимо при постоянном значении тока якоря изменять величину сигнала задания, фиксируя показания измерительных приборов.

Опыт проводится на холостом ходу и под нагрузкой, создаваемой преобразователем частоты.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– подать напряжение на тиристорный и частотный преобразователи, запустить ТП, установив выходное напряжение на уровне 200 В;

– с помощью преобразователя частоты установить ток якоря, заданный преподавателем;

– изменяя положение RP1 МР регулировать выходное напряжение тиристорного преобразователя. После установки определенного напряжения регулировкой потенциометра RP1 модуля ПЧ добиться заданного тока якоря ДПТ.

Результаты занести в таблицу 3.

Т а б л и ц а 3

n, об/мин
IЯ, А
UЯ, В
iВ, А
PЯ, Вт
ΔPЭЛЯ, Вт
ΔPЭЛВ, Вт
PВ, Вт
MВ, Н∙м
ω, 1/с

После проведения опыта необходимо снять нагрузку с электродвигателя переведением тумблера SA1 модуля ПЧ в среднее положение, остановить ДПТ, убрать разрешение на работу тиристорного преобразователя (SA6 в нижнее положение), выключить питание стенда.

По результатам опыта построить регулировочные характеристики системы для двух значения тока якоря, объяснить их отличие.

5 Снятие осциллограмм переходных процессов системы

Для снятия переходных процессов пуска/останова необходимо установить масштаб по времени в окне лабораторной работы на уровне 10 с и снять осциллограммы процесса пуска/останова при пониженном напряжении якоря ТП.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1 (МПС), QF2 (МП);

– включением кнопки «Сеть» модуля ТП подать напряжение на преобразователь;

– подав разрешение на работу ТП (SA6), установить частоту вращения на уровне 250…300 об/мин;

– остановить ДПТ, переведя переключатель SA5 в среднее положение;

– произвести последовательно включение и выключение ТП переведением SA5 из среднего положения в одно из крайних, а затем обратно, одновременно фиксируя переходные процессы на экране компьютера.

По результатам опытов составить отчет по проделанной работе, в котором привести таблицы с опытными и расчетными данными, а также опытные кривые характеристик. Сделать выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

1. Какие способы регулирования частоты вращения ДПТ существуют?

2. Как осуществляется регулирование напряжения на выходе ТП?

3. В чем преимущества и недостатки фазового регулирования напряжения?

4. В каком режиме работает двигатель при питании от ТП в следующих случаях:

– U_Я>0, n>0, M>0;

– U_Я>0, n=0, M>0;

– U_Я>0, n>0, M<0;

– U_Я>0, n<0, M>0;

– U_Я<0, n<0, M<0.

5. С помощью какой обратной связи можно добиться горизонтальной механической характеристики:

– по напряжению;

– по скорости;

– по ЭДС;

– по току якоря.

Лабораторная работа №3. Исследование преобразователя частоты unidrive sp1401

Цель работы:  приобретение навыков работы с преобразователем частоты Unidrive SP1401. Изучение способов управления, контроля параметров привода. Компенсация момента двигателя.

1 Программа выполнения работы

1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение Б).

2. Изучить схему для исследования ПЧ.

3. Опробовать управление приводом с кнопочной панели и с лицевой панели модуля.

В лабораторной работе используются следующие модули: модуль питания стенда (МПС); модуль питания (МП); силовой модуль (СМ); модуль преобразователя частоты (ПЧ); модуль ввода/вывода (МВВ).

Схема для исследования ПЧ приведена на рисунке 1.

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ через датчики тока и напряжения.

Собственно преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания.

Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее положение, SA2 – в положение «Скорость», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между ХS1 и ХS2;

– для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО DeltaProfi и соответствующая лабораторная работа.

Рисунок 1 - Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

 

2 Управление ПЧ от кнопочной панели

Преобразователь частоты имеет возможность получать сигналы управления от кнопочной панели или с внешних элементов управления.

Сигналы управления разделяются на логические сигналы изменения состояния привода, а также на аналоговые сигналы задания частоты, момента, и т.д.

Перед изучением способов управления преобразователем необходимо ознакомиться со способами программирования ПЧ (Приложение Б), а также сбросить все настройки ПЧ на заводские. Для этого установить в параметре 0.00 значение 1233, подтвердить действие нажатием кнопки . Затем нажать кнопку  (стоп/сброс).

Установить требуемые настройки:

– используя каталожные данные на асинхронный двигатель (Приложение В), ввести в преобразователь параметры двигателя:

0.43 – коэффициент мощности (не должен быть равен 0);

0.44 – номинальное напряжение;

0.45 – номинальная скорость (об/мин);

0.46 – номинальный ток;

0.47 – номинальная частота;

– выполнить самонастройку привода. При этом частотный преобразователь кратковременно включает асинхронный двигатель, выполняет расчет значения cosφ ненагруженного двигателя и определяет число пар полюсов. Самонастройка выполняется следующим образом:

а) установить параметр 0.40 в «2», после того как дисплей перейдёт в режим индикации нажать кнопку «Сброс»;

б) переключить тумблер «Разрешение» SA3 в положение «1» и переключатель SA1 в положение «Вперед», двигатель совершит несколько оборотов вала и параметр 0.40 автоматически установится в нулевое значение;

в) переключить тумблер «Разрешение» в положение «0», переключатель SA1 – в среднее положение;

г) после проведения самонастройки преобразователя проверить параметры 0.42–0.47;

д) сохранить новые измененные значения параметров. Для этого установить в параметр 0.00 значение 1000, утвердить изменения и нажать кнопку «Сброс».

Для управления приводом с кнопочной панели преобразователя:

– установить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «0»;

– установить в параметр 0.01 значение «0» (минимальная выходная частота, Гц), а в параметр 0.02 значение «50» (максимальная выходная частота, Гц);

– установить в параметр 1.14 значение «4» или «Pad» для управления от кнопочной панели преобразователя;

– для разрешения реверса двигателя необходимо установить в параметре 6.13 значение «On»;

– переключить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1»;

– выбрать параметр 0.10 (скорость двигателя в об/мин);

– для запуска преобразователя нажать  («Пуск»), после чего появится сообщение «run» (преобразователь работает);

– нажать кнопку «D» – «Вверх» для увеличения скорости двигателя и соответственно кнопку «Ñ» – «Вниз» для ее уменьшения (на верхнем дисплее высвечивается скорость двигателя в об/мин);

– нажать «Стоп/сброс» и величина скорости снизится до нуля в соответствии с величиной замедления, указанной параметром 0.04. Нижний дисплей покажет dEC, а затем  «rdY»;

– при повторном запуске (кнопка ) скорость двигателя возрастет до того значения, при котором было произведено отключение в соответствии с величиной ускорения, указанной параметром 0.03;

– опробовать реверс двигателя нажатием на кнопку ;

– для полной остановки преобразователя тумблер «Разрешение» перевести в положение «0».

3 Управление приводом с внешних элементов

Для управления электроприводом с внешних элементов необходимо отключить управление с кнопочной панели и определить аналоговых и дискретных входов частотного преобразователя:

– установить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «0», потенциометр RP1 в нулевое положение (крайнее левое положение), переключатель SA1 «Направление вращения» в среднее положение;

– установить в параметре 1.14 значение «A1.A2» для внешнего управления;

– выбрать параметр 0.10;

– переключить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1»;

– переключателем SA1 выбрать направление вращения «Вперед»;

– потенциометром RP1 задать скорость вращения двигателя. Пуск будет выполнен в соответствии с темпом разгона (параметр 0.03), текущая скорость высвечивается на верхней строке дисплея;

– изменить направление вращения. Для этого переключателем SA1 выбрать направление вращения «Назад». Величина скорости снизится до нуля и далее произойдет реверс привода. Темп замедления скорости определяется параметром 0.04;

– для выхода преобразователя из рабочего режима тумблер SA3 «Разрешение» перевести в положение «0».

4 Контрольные вопросы

1. Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

2. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

3. Укажите достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

Лабораторная работа №4. Исследование разомкнутой системы «преобразователь частоты –  асинхронный двигатель»

Цель работы: исследование рабочих свойств системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ-АД), частотного регулирования скорости вращения, скалярного и векторного управления в разомкнутой системе. Исследование режимов компенсации скольжения и момента.

1 Программа выполнения работы

1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение Б).

2. Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.

3. Снять семейство характеристик в режиме скалярного управления.

4. Исследовать способы компенсации скольжения двигателя.

6. Исследовать способы торможения двигателя.

В лабораторной работе используются следующие модули: модуль питания стенда (МПС); модуль питания (МП); силовой модуль (СМ); модуль преобразователя частоты (ПЧ); модуль тиристорного преобразователя (ТП); модуль ввода/вывода (МВВ).

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рисунке 1.

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП через датчики тока и напряжения, Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ. Собственно преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания через измеритель мощности (МИМ).

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО DeltaProfi и соответствующая лабораторная работа.

Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер SA3 – в положение «Руч», SA4, SA6 – в нижнее положение, SA5 – в среднее положение. Перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение Б);

– переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA1 – в среднее в положение «Стоп», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля.

Рисунок 1 - Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

2 Снятие семейства характеристик системы в режиме скалярного управления

Скалярное управление в системе ПЧ-АД сводится к управлению по закону U/f=const, при котором критический момент асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения держится постоянным.

Для переведения преобразователя в данный режим выполнить следующие действия:

– сбросить настройки на заводские и запрограммировать преобразователь на режим регулирования скорости (Приложение А);

– в параметре 0.49 установить значение L2 – это откроет доступ ко всем параметрам ПЧ;

– установить параметр 5.27=OFF (режим компенсации скольжения отключен).

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включением автоматического выключателя QF1 МПС подать напряжение на стенд;

–включением автоматического выключателя QF2 МП подать напряжение на преобразователь частоты;

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП;

– подать разрешение на работу ПЧ (SA3) и, выбрав направление вращения асинхронного электродвигателя переключателем SA1 модуля ПЧ, задать потенциометром RP1 выходную частоту преобразователя 50Гц;

– подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);

– зафиксировав необходимые величины согласно таблице 1, задать момент нагрузки. Таким образом снять несколько точек в двигательном и генераторном режимах;

– после проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1 модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Напряжение статора можно смотреть на экране ПЧ (параметр 5.02), ток статора смотреть в параметре 4.01.

Т а б л и ц а 1

Повторить опыт для двух других значений частоты на выходе преобразователя.

Расчетные формулы.

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

,

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

,

где r_С – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

,

где r_Я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт:

.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

,

где ΔP_{МЕХ.ДПТ} – механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

,

где ΔP_МЕХ.АД – механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

.

cosφ асинхронного двигателя:

.

Коэффициент полезного действия системы:

.

cosφ системы:

.

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

.

3 Снятие регулировочных характеристик

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, U_C, P, S = f(U_З), М_В=сonst.

Для снятия характеристик необходимо:

– установить выходную частоту преобразователя частоты 60 Гц (параметр 0.02=60);

– задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение I_Я задается преподавателем и выбирается в пределах 0…1А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Сигнал задания (параметр 7.01) отображается в процентах от максимального сигнала (10В). Выходная частота отображается в параметре 5.01.

Результаты опыта занести в таблицу 2.

 Т а б л и ц а 2

Расчетные формулы.

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

,

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

,

где r_С – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

,

где r_Я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт:

.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

,

где ΔP_{МЕХ.ДПТ} – механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

,

где ΔP_МЕХ.АД – механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

.

сosφ асинхронного двигателя:

.

Коэффициент полезного действия системы:

.

сosφ системы:

.

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

.

4 Снятие механических характеристик системы ПЧ-АД при включенном режиме компенсации скольжения

Компенсация скольжения представляет собой способ поддержания частоты вращения двигателя при изменении нагрузки за счет повышения частоты питающего двигатель напряжения с применением внутренней положительной обратной связи по току статора.

Для включения режима компенсации скольжения необходимо:

– установить в параметре 5.27 значение ON;

– установить в параметре 6.01 торможение на выбеге (COAST).

После включения режима компенсации скольжения необходимо снять механические характеристики системы, а данные опыта занести в таблицу, аналогичную таблице 1.

5 Снятие механических характеристик системы ПЧ-АД при включенном режиме компенсации момента

Режим компенсации момента представляет собой режим регулирования напряжения статора в зависимости от нагрузки. Данный режим называется также режимом оптимизации потока или энергосберегающим режимом. На холостом ходу напряжение статора снижается, благодаря чему падает жесткость и критический момент двигателя. Одновременно снижается ток статора и I²r потери.

Для включения данного режима необходимо:

– выключить режим компенсации скольжения (5.27=OFF);

– установить в параметре 5.13 значение ON.

После включения режима компенсации момента необходимо снять механические характеристики системы, а данные опыта занести в таблицу, аналогичную таблице 1.

По результатам опытов построить следующие характеристики:

– ω=f(M_В);

– ω=f(I_C);

– η_АД, η_ПЧ-АД=f(M_В);

– cos(φ)_АД, cos(φ)_ПЧ-АД=f(M_В).

Необходимо расположить соответствующие характеристики на одной и той же координатной сетке.

6  Исследование способов торможения электродвигателя

Преобразователь частоты имеет возможность совершать различные способы торможения электродвигателя в зависимости от требования технологического процесса. В процессе работы рекомендуется опробовать следующие способы торможения электродвигателя:

– остановка на выбеге;

– остановка с заданным темпом;

– торможение с подпиткой постоянным током.

В данном опыте требуется заснять процессы торможения.

Торможение на выбеге включается установкой параметра 6.01=Coast.

Торможение с заданным темпом включается установкой параметра 6.01=rp. Время торможения задается параметром 0.04 и варьируется в пределах 0…3200 с.

Торможение с подпиткой постоянным током включается установкой в параметре 6.01 значения rp.dc1. Необходимо задать ток торможения (6.06) в процентах от номинального тока инвертора (0…150%), длительность торможения постоянным током (6.07) от 0 до 25с.

Для проведения опыта необходимо разогнать двигатель до 50 Гц, затем перевести переключатель SA1 модуля ПЧ в среднее положение. Происходит торможение по запрограммированному закону.

Рекомендуется нанести осциллограммы торможения на одной сетке и оценить различия переходных процессов.

7 Контрольные вопросы

1. Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

2. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

3. Укажите достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

Лабораторная работа №5. Исследование разомкнутой системы «преобразователь частоты – синхронный двигатель»

Цель работы: исследование рабочих свойств системы «Преобразователь частоты – синхронный двигатель» (ПЧ-СД).

1 Программа выполнения работы

1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение Б).

2. Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-СД.

3. Снять семейство механических характеристик.

4. Снять U-образные характеристики.

5. Снять регулировочные характеристики.

В лабораторной работе используются следующие модули: модуль питания стенда (МПС); модуль питания (МП); силовой модуль (СМ); модуль преобразователя частоты (ПЧ); модуль тиристорного преобразователя (ТП); модуль возбуждения (МВ); модуль ввода/вывода (МВВ).

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-СД приведена на рисунке 1.

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП через датчики тока и напряжения, Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220 В модуля ТП.

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ.

Обмотка ротора подключается к регулируемому источнику постоянного тока модуля МВ. Для контроля тока возбуждения в цепь ротора включается амперметр модуля измерительного.

Преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380 В от модуля питания через измеритель мощности (МИМ).

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО DeltaProfi и соответствующая лабораторная работа.

Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель «Сеть» модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер SA3 – в положение «Руч», SA4, SA6 – в нижнее положение, SA5 – в среднее положение. Перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение В);

Рисунок 1 - Схема для снятия характеристик системы ПЧ-СД

– переключатель SA1 модуля ПЧ перевести в нижнее положение, SA2 – в среднее положение «Стоп», SA3 – в положение «Скорость», потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля;

– кнопку «Сеть» модуля МВ перевести в нижнее положение, тумблер SA1 в положение «Руч», потенциометр RP1 установить в крайнее положение против часовой стрелки.

2 Частотный пуск СД

Для плавного пуска синхронного электродвигателя используется частотный пуск. Он заключается в плавном повышении частоты и амплитуды питающего статор двигателя напряжения. Ток возбуждения при этом задается заранее и остается неизменным все время пуска.

Перед проведением опыта необходимо перевести ПЧ в режим регулирования скорости (Приложение Б). Автонастройку проводить не рекомендуется.

Дополнительно выключить режим компенсации скольжения (5.27=OFF).

Порядок частотного пуска:

– включить автоматические выключатели QF1, QF2 модулей МПС и МП;

– включить кнопку «Сеть» модуля МВ;

– потенциометром RP1 модуля МВ установить ток возбуждения 0,5А;

– подать разрешение на работу ПЧ (SA1), задать направление вращения (SA2), потенциометром RP1 установить частоту 50 Гц.

2 Снятие механических характеристик

Механические характеристики представляют собой зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу при постоянном значении тока возбуждения, частоты и напряжения питания n=f(М_В), I_В, U_С, f=const.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение Б);

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП;

– увеличить ток возбуждения до 1А;

– подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);

– потенциометром RP1 модуля ТП задать момент нагрузки. Таким образом снять несколько точек в двигательном и генераторном режимах. Данные опыта занести в таблицу 1.

Напряжение статора можно смотреть на экране ПЧ (параметр 5.02), ток статора смотреть в параметре 4.01.

Повторить опыт при условиях:

– других значениях тока возбуждения и U_C, f=const;

– другом значении напряжения статора и I_В,  f=const;

– другом значении частоты питающего напряжения.

Напряжение изменять в параметре 0.44 при выключенном приводе.

Данные опыта занести в таблицу 1.

После проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1 модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Т а б л и ц а 1

Расчетные формулы:

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

,

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

,

где r_С – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи ротора, Вт:

где r_Р - активное сопротивление роторной цепи, Ом.

Сопротивление роторной цепи рассчитывается, исходя из схемы соединения фаз ротора и сопротивления фазы r_ФР=25 Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

,

где r_Я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт:

.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

,

где ΔP_{МЕХ.ДПТ} – механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

,

где ΔP_МЕХ.АД – механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

.

сosφ асинхронного двигателя:

.

Коэффициент полезного действия системы:

.

сosφ системы:

.

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

.

Снятие U-образных характеристик

U-образные характеристики представляют собой зависимости тока статора от тока возбуждения и cos(φ) от тока возбуждения при постоянном моменте нагрузки I_С, cos(φ)=f(I_В), М_В=const.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– установить ток возбуждения 0,5А;

– включить преобразователь частоты и установить выходную частоту 50 Гц;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать момент нагрузки (указывается преподавателем);

– увеличивать ток возбуждения до 2А, фиксируя показания в таблице.

Повторить опыт для другого значения момента нагрузки.

3 Снятие регулировочных характеристик

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, U_C, P, S = f(U_З), М_В=сonst.

Для снятия характеристик необходимо:

– установить выходную частоту преобразователя частоты 60 Гц (параметр 0.02=60);

– задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение I_Я задается преподавателем и выбирается в пределах 0…1А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Сигнал задания (параметр 7.01) отображается в процентах от максимального сигнала (10В). Выходная частота отображается в параметре 5.01.

Результаты опыта занести в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Расчетные формулы:

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

,

где U_СФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя, 1/с:

.

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт:

,

где r_С – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи ротора, Вт:

где r_Р - активное сопротивление роторной цепи, Ом.

Сопротивление роторной цепи рассчитывается, исходя из схемы соединения фаз ротора и сопротивления фазы r_ФР=25 Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт:

,

где r_я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт

.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

,

где ΔP_{МЕХ.ДПТ} – механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт:

,

где ΔP_МЕХ.АД – механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

.

сosφ асинхронного двигателя:

.

Коэффициент полезного действия системы:

.

сosφ системы:

.

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

.

4 Контрольные вопросы

1. Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

2. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

3. Укажите достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

Список литературы

1.   И.Ф Ильинский. Учебное пособие для ВУЗов М.: «Изд.дом МЭИ» 2007г.

2.    С.А.Ковчин, Ю.А.Сабинин. Теория электропривода. Учебник для

вузов. Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 2000г.

3.    М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер.  Общий курс электропривода. Учебник

для вузов  М.: Энергоатомиздат, 1986г.

4.   В.В. Москаленко. Автоматизированный электропривод. Учебник для вузов  М.: Энергоатомиздат, 1986г.

Сводный план 2013г., поз 22 

Сагитов Пулат Исмаилович
Раушан Манаповна Шидерова
Алмуратова Нургуль Канаевна

ЭЛЕКТРОПРИВОД
Методические  указания к выполнению лабораторных работ<> для студентов специальности
5В071800 – Электроэнергетика

 Редактор Н.М. Голева
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова 

Подписано в печать __.__.__
Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз.
Бумага типографская № 1
Объем        уч. – изд. л.
Заказ____.  Цена      тг.

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский  университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова, 126