2.3 Лабораторная работа № 3.

Исследование системы электропривода «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель»

Цель: приобрести навыки по экспериментальному определению механической характеристики асинхронного двигателя; координат и параметров электропривода в переходном режиме; выявить влияние частоты питающего напряжения на скорость электропривода.

Ход работы

1 Соблюдайте правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы, смотрите раздел 1.

2 Ознакомиться с оборудованием лабораторного стенда, его схемой (рис. 3.1, 3.2), записать технические параметры электрооборудования и аппаратуры.

3 Описание лабораторного стенда.

Фазы роторной обмотки машины переменного тока, используемой как трехфазный асинхронный двигатель М1, замкнуты накоротко.

Статорная обмотка двигателя М1 присоединена к выходу преобразователя частоты G5, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток «220 В» трехфазного источника G1.

Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как нагрузочный генератор G3 с независимым возбуждением, присоединена к регулируемому выходу Якорь источника G2, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток «220 В» трехфазного источника G1.

Якорная цепь генератора G3 присоединена к нагрузке А1.

Указатель частоты вращения Р1 присоединен к выходу преобразователя угловых перемещений G4.

В цепь якоря генератора G3 включены амперметр Р2 и вольтметр Р3.

Выходные гнезда указателя Р1 присоединены к дифференциальному аналоговому входу АСН0-АСН8 коннектора А3.

Коннектор А3 с помощью ленточного провода присоединен к плате сбора информации компьютера А4.

Входы датчиков тока и напряжения блока А2 включены в цепь якоря генератора G3, между зажимами якорной обмотки генератора G3, в цепь фазы двигателя М1. выходы этих датчиков присоединены к аналоговым входам АСН1-АСН9, АСН9-АСН10, АСН3-АСН11 и АСН4-АСН12 коннектора А3.

4 Перечень электрооборудования и аппаратуры указывается в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Перечень электрооборудования и аппаратуры

Обозна- чение	Наименование	Тип	Параметры
1	2	3	4
Gl	Трехфазный источник питания	201	400 В ~; 16 А
G2	Источник питания двигателя постоянного тока	206	0...250В-5 А (якорь) 200 В -; 1 А (возбуждение)
G3	Машина постоянного тока	101.1	90 Вт; 220 В 0,76 А (якорь) 220 В(возбуждение)
G4	Преобразователь угловых перемещений	104	6 выходных сигналов
G5	Реверсивный преобразователь частоты	211	0…100 Гц 3х220 В; 3 А
Ml	Машина переменного тока	102.1	50 Вт; 230 В ~; 1500 мин-1
A1	Активная нагрузка	306.1	3x0…50 Вт; 220 В; 0,5 А
A2	Блок датчиков тока и напряжения	402.1	3 измерительных преобразова-теля "ток-напряжение" 1,5 А/3 В; 3 измерительных преобразова-теля "напряжение-напряжение" 600 В/3 В
1	2	3	4
А3	Коннектор	330	8 аналог, дифф. входов; 2 аналог, выхода; 8 цифр, входов/ выходов
А4	Персональный компьютер	310	IBМ-совместимый Windows 98, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
PI	Указатель частоты вращения	506.1	2000... 0... 2000 мин-1
P2, P3	Мультиметр	501	0...1000 В; 0...20А

5 Собрать схему для снятия характеристик электропривода. Схему представить преподавателю для проверки. Выполнить эксперименты.

6. Указания по проведению экспериментов

6.1 Убедитесь, что устройства, используемые в экспериментах, отключены от сети электропитания.

2. С оберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

3. Соедините гнезда защитного заземления " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

4. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис.3.1, 3.2).

5. Переключатели режима работы источника G2 и возбудителя G3 установите в положение РУЧН.

6. Регулировочные рукоятки источника G2, преобразователя G5 и нагрузки A1 поверните против часовой стрелки до упора.

7. Установите тумблер “U/f” преобразователя частоты G5 в положение «230 В/50 Гц».

7Определить координаты и параметры электропривода в статическом режиме

1. Частоту вращения n [мин^-1] двигателя М1 измерять с помощью указателя Р1.

2. Ток и напряжение якоря генератора G3 измеряйте амперметром Р2 и вольтметром Р3.

7.3 Напряжение на выходе «Якорь» источника G2 измерять его вольтметром.

3. Напряжение, его частоту и ток статора двигателя М1, потребляемую им активную и полную мощности, а также коэффициент мощности измерять с помощью виртуальных вольтметра, частотомера, амперметра, ваттметра и измерителя коэффициента мощности, расположенных на экране монитора компьютера. Для чего привести в рабочее состояние персональный компьютер А4. Войти в каталог С:\Программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Электротехника и основы электроники»\Измерительные приборы \Переменный ток\ Аналоговые и откройте прикладную программу «Панель измерительных приборов».

7. Определить статическую механическую характеристику двигателя

8.1 Включить источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

2. Включить выключатель Сеть преобразователя частоты G5 и нажать кнопку Вперед.

3. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установить напряжение на выходе Якорь равным 220 В.

4. Вращая регулировочные рукоятки нагрузки А1, изменять ток якоря I_a якоря генератора G3 и заносить показания амперметра Р2, вольтметра Р3 и индикатора Р1 в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Опытные данные			Расчетные данные
Iа,А	Ua,В	n,мин-1		М,Нм	, с-1

2. По завершении эксперимента у источника G2 повернуть регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора и нажать кнопку Откл. Отключить преобразователь частоты G5 нажатием на кнопку Стоп и затем источник G1 нажатием на кнопку-гриб. Отключить выключатель Сеть источника G2 и преобразователя частоты G5.

8.6 Используя данные таблицы 3.2, вычислите значения механического момента М двигателя и скорости  по формулам, соответственно (1.1) и (1.2) и занесите полученные результаты в таблицу 3.2.

8.7 Построить механическую характеристику =f(M) двигателя.

9 Регулировать скорость вращения двигателя согласованным изменением частоты и величины напряжения статора

1. Выполните пункты 8.1,8.2,8.3,8.4.

2. Изменяя положение регулировочных рукояток нагрузки А1, установить ток якоря генератора G3 равным 0,5 А и поддерживать его в ходе эксперимента.

3. Вращая регулировочную рукоятку преобразователя частоты G5, изменять частоту и величину напряжения статора двигателя М1 и заносить показания виртуальных частотомера и вольтметра, а также индикатора Р1 в таблицу 3.4.

Таблица 3.3

Регулировочная характеристика двигателя =F(f)

Опытные и расчетные данные
f,Гц	U, B	n, мин-1	,с-1

4. По завершении эксперимента у источника G2 повернуть регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора и нажать кнопку Откл. Отключить преобразователь частоты G5 нажатием на кнопку «Стоп» и затем источник G1нажатием на кнопку-гриб. Отключить выключатели Сеть источника G2 и преобразователя частоты G5.

5. Используя данные таблицы 3.3, вычислить значения скорости  двигателя по формуле (1.2) занести полученные результаты в таблицу 3.3.

6. Построить характеристику =F(f) двигателя.

10 Определить координаты и параметры электропривода в переходном режиме

10.1Определить скорость вращения, ток статора и момент двигателя в переходном режиме.

2. Привести в рабочее состояние персональный компьютер А7. Войти в каталог С:\Программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Электротехника и основы электроники»\Осциллографы и откройте прикладную программу «Панель виртуальных графопостроителей и цифровых индикаторов».

3. Установить продолжительность работы панели путем задания «числа сканирований» и «скорости сканирования».

4. Выбрать из меню видов тока «Переменный ток».

5. Запустить программу «Панель виртуальных графопостроителей и цифровых индикаторов» нажатием кнопки Run, прежде чем начнется интересующий переходный процесс.

6. По завершении работы программы наблюдать зависимости от времени скорости, тока статора и момента двигателя на экране виртуального графопостроителя и определить их величины в интересующие моменты времени путем сканирования с помощью цифровых индикаторов.

10. Определить динамическую механическую характеристику двигателя

11.1 Привести в рабочее состояние персональный компьютер А4. Войти в каталог С:\Программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Электротехника и основы электроники»\Осциллографы и откройте прикладную программу «Панель виртуальных графопостроителей и цифровых индикаторов».

2. Установить продолжительность работы панели путем задания «числа сканирований» и «скорости сканирования».

3. Выбрать из меню видов тока «Переменный ток».

4. Запустить программу «Панель виртуальных графопостроителей и цифровых индикаторов» нажатием кнопки Run, прежде чем начнется интересующий переходный процесс.

5. По завершении работы программы наблюдать механическую характеристику =f(M) двигателя на экране виртуального графопостроителя и определять координаты ее точек в интересующие моменты путем сканирования с помощью цифровых индикаторов.

11. Составить отчет и сделать выводы о проделанной работе.

Теоретические положения

При изменении частоты питающего напряжения регулирование скорости можно производить выше и ниже номинальной скорости асинхронного двигателя. С увеличением частоты напряжения на статоре асинхронного двигателя увеличивается скорость вращающего магнитного поля ( ) и, соответственно, скорость ротора, но величина магнитного потока статора уменьшается (U₁E₁=4,44f₁wK_обм). Поэтому с изменением частоты необходимо изменять и величину напряжения, подаваемого на статор, чтобы создать требуемый момент на валу двигателя. Закон изменения напряжения определяется не только частотой f₁ , но и характером изменения момента статической нагрузки на валу двигателя:

1)

const при M_c= const

2)

const при Р_с = const

3)

const при М_с = var (вентиляторная нагрузка)



₀

₀₁

₀₂

f₂

f_ном

f₁

М

М_с M М

f₂  f₁  f_ном

Рис. 3.3 Механическая характеристика асинхронного двигателя

при изменении частоты питающего напряжения

Для регулирования частоты питающего напряжения используются электронные преобразователи частоты (транзисторные, тиристорные).

В данной лабораторной работе используется преобразователь частоты на транзисторах (автономный инвертор напряжения).

Рис. 3.4 Транзисторный преобразователь частоты

Автономный инвертор напряжения содержит шесть транзисторных ключей (VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6). С помощью управляющих импульсов транзисторные ключи открываются или закрываются в определенной последовательности. Тем самым осуществляется широтно-импульсные регулирования напряжения. Широтно-импульсное регулирование за счет изменения ширины импульса позволяет модулировать или изменять среднее значение напряжения по синусоидальному закону. Это позволяет регулировать частоту синусоидального напряжения от нуля до любого значения.

Рис. 3.5 Диаграмма широтно-импульсного регулирования частоты

Достоинства этого способа регулирования:

- большой диапазон регулирования;

- плавность регулирования;

- жесткие механические характеристики;

- потери мощности при работе на регулировочных характеристиках невелики.

Недостатки электропривода с регулированием частоты является сложность схемы преобразователей частоты.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Схема электрических соединений лабораторного стенда.

3. Таблица с техническими параметрами электрооборудования и аппаратуры.

4. Таблицы с результатами измерений и расчетов.

5. Расчеты и графики характеристик электропривода.

6. Вывод о проделанной работе

Контрольные вопросы

1Основные узлы и принцип работы транзисторного преобразователя частоты.

2 Основные узлы и принцип работы тиристорного преобразователя частоты.

3 Пояснить механическую характеристику электродвигателя при изменении частоты питающего напряжения.

4 Достоинства и недостатки способа регулирования частоты в электроприводе системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель».