Міністерство освіти і науки України

Національний університет «львівська політехніка»

Кафедра ЕАП

Звіт про виконання лабораторної роботи №15

Дослідження та налагодження замкненої системи асинхронно-вентильного каскаду

Виконали:

Студенти гр. ЕАП-41

Черевко С.Ю.

Яремчишин Ю.Р.

Яцута С.Ю.

Вільсон Фред

Перевірив:

Карплюк Л.Ф.

Львів – 2014

Мета роботи: вивчення замкненої системи електропривода асинхронно-вентильного каскаду з постійно діючим від'ємним зворотним зв'язком за швидкістю та затриманим від'ємним зворотним зв'язком за струмом, в якій швидкість асинхронного двигуна регулюється за рахунок керування додатковою е.р.с., введеною в його роторне коло. Роль такої додаткової е.р.с. виконує тиристорний перетворювач, який працює в інверторному режимі.

Основні теоретичні відомості

Застосовується електропривод з асинхронним двигуном з фазним ротором, який працює в схемі так званого асинхронно-вентильного каскаду. До таких

механізмів відносяться вентилятори, компресори, насоси, деякі верстати та інше.

Схема силових кіл асинхронно-вентильного каскаду зображена на рис.1.

Тут в роторне коло двигуна ввімкнено некерований трифазний випрямлю-

вальний міст VD, згладжуючий дросель L та трифазний тиристорний пере-

творювач VS, який працює в інверторному режимі і зв'язаний з мережею

змінного струму через трансформатор ТА (останній може бути відсутнім, якщо е.р.с. ротора та напруга мережі узгоджені між собою).

При максимальному куті  (близькому до 180 град.) проти е.р.с. інвертора максимальна, а швидкість двигуна мінімальна (близька до нуля); при мінімальному куті  для інвертора ( = 90 град.) проти е.р.с. інвертора близька до нуля і швидкість асинхронного двигуна максимальна (близька до синхронної швидкості).

Програма роботи

0. Ознайомитися паспортними даними електричних машин, тиристорного перетворювача, вимірювальних приладів та регулюючої апаратури експериментальної установки.

1. Перевірити (відповідно з рис.2) правильність підключення силових кіл асинхронно-вентильного каскаду, кіл керування та навантажувального

пристрою.

0. Зашунтувати резистором конденсатор С1 в колі зворотного зв'язку регулятора швидкості, розімкнути в схемі зворотний зв'язок за швидкістю, залишивши обмеження за струмом, ввімкнути установку, запустити досліджуваний двигун, налагодити зворотний зв'язок за струмом і зняти для такої схеми декілька швидкісних _дв = f(I_p) та механічних характеристик _дв=f(М) при різних заданих величинах напруги завдання.

1. Визначити можливий діапазон регулювання швидкості для розімкненої за швидкістю системи.

2. Перемкнути схему в режим автоматичного регулювання швидкості,налагодити дію зворотних зв'язків за швидкістю та струмом і для різних заданих величин напруги завдання зняти декілька швидкісних та механічних характеристик _дв =f(M) для замкненої системи. Експеримент провести для зашунтованого та розшунтованого конденсатора С1 в колі зворотного зв'язку РШ.

3. Визначити можливий діапазон регулювання швидкості для замкненої за швидкістю системи для обох випадків.

4. З допомогою електронного осцилографа замалювати перехідні процеси для струму в роторному колі I_р = f(t) та швидкості _дв = f(t) при пуску двигуна для замкненої системи.

Скласти звіт з лабораторної роботи.

Опис установки

Робоча схема для дослідження системи асинхронно-вентильного каскаду зображена на рис.2.

В роторне коло АД з фазним ротором М1 ввімкнений некерований випрямляч VD1, зібраний за трифазною мостовою схемою вихідна напруга якого подається через вимикач SA1 та дросель L на VS, який працює як залежний інвертор паралельно з тією ж самою трифазною мережею змінного струму що й VD1. В цьому каскаді енергія, яка споживається двигуном з мережі, частково відбирається з його роторного кола і через тиристорний перетворювач інвертується в мережу змінного струму. Е.р.с. VS, який працює в інверторному режимі, відіграє в роторному колі роль е.р.с., направленої зустрічно випрямленій напрузі ротора. Величиною цієї проти е.р.с. визначається степінь зниження швидкості асинхронного двигуна. Для забезпечення роботи інвертора служить СІФК, забезпечує кут відкривання тиристорів в межах 90    170 ел.гр (90    10 ел.град.).

В свою чергу СІФК керується від системи регулювання, яка складається з керуючого операційного підсилювача А1, обмежуючого транзистора VT1, проміжного підсилювача А2 і транзистора VT2, а також системи зворотних зв'язків за струмом та швидкістю.

Операційний підсилювач А1 - РШ, на вході якого порівнюютьтся сигнал завдання швидкості і сигнал зворотного зв'язку за швидкістю. Сигнал завдання знімається з потенціометра R_пз і подається на вхідний резистор R3 підсилювача зі знаком «+». Сигнал зворотного зв'язку за швидкістю знімається з R_, який входить до складу дільника напруги на виході давача швидкості (BR), і зі знаком мінус подається на вхідний резистор R4 підсилювача А1. Підсилювач, як показано на рис.2 , зібраний за схемою ПІ ланки (може бути зібраний за схемою пропорційної ланки , або пропорційно-інтегральної ланки (ввімкнути ключ SB1)).

Вихідний сигнал регулятора швидкості А1 (зі знаком «-») поступає на вхідний опір R16 проміжного підсилювача А2, який зібраний за схемою пропорційної ланки. Його вихідний сигнал («-») подається на вхід транзистора VT2, який ввімкнутий за схемою емітерного повторювача (емітерним навантаженням VT2 служить вхідний опір СІФК). Зв. зв. в підсилювачі А2 виконує резистор R21, ввімкнений між виходом емітерного повторювача і входом А2.

Резистори R23 i R24 (регульовані) служать для виставлення обмежуючих значень відповідно _max та _min. Якщо напруга на базі транзистора VT2 рівна нулю, він закритий і напруга на вході СІФК мала і визначається величиною R24 (_min=90ел.град). При зростанні від'ємного сигналу на базі транзистора VT2, він відкривається і вхідна напруга СІФК зростає , що відповідає збільшенню кута регулювання . Максимальне значення напруги на базі VT2 визначається додатною напругою зміщення, що подається на вхід підсилювача А2 через резистор R17 (при нульовому значенні напруги на вході резистора R16). При цьому кут регулювання досягає граничного значення _max , величина якого встановлюється резистором R23 при нульовому сигналі на вході R16.

При навантаженнях двигуна в межах від нуля до значення, що відповідає струмові відсічки, величина проти е.р.с. інвертора, а значить і швидкості обертання двигуна, задається напругою завдання на вході РШ А1. При зростанні напруги на виході А1 («-») величина вихідної напруги підсилювача А2 знижується, що приведе до зменшення вхідної напруги СІФК і відповідно кута , a це приведе до зменшення проти е.р.с. інвертора і зростання швидкості двигуна. На цій ділянці х-ки регулятор швидкості А1 здійснює стабілізацію швидкості за рахунок корекції кута  зв. зв. за швидкістю. При збільшенні навантаження кут  зменшується.

Коли при збільшенні навантаження струм в роторному колі досягає величини струму відсічки І_р.відс., в дію вступає вузол обмеження струму, зібраний на транзисторі VT1, емітер-колекторний перехід якого відіграє роль регульованого опору, що шунтує вихід регулятора швидкості А1. На базу транзистора VT1 з потенціометра R28 через резистор R30 подається додатна напруга зміщення, яка запирає його. При цьому вихід А1 не шунтується транзистором. Одночасно на базу VT1 через резистор R32 подається мінусовий потенціал з виходу давача струму. По відношенню до спільної шини потенціал, що знімається з резистора R56, має від'ємне значення. При зростанні струму до величини струму відсічки, коли потенціал з давача струму зрівноважить дію напруги зміщення на вході VT1, він починає відкриватися, опір емітер-колекторного переходу транзистора VT1 зменшується, і починає шунтувати вихід підсилювача А1, вихідна напруга останнього зменшується. В результаті кут регулювання  збільшується, проти е.р.с. інвертора зростає, а швидкість двигуна падає і при досягненні струмом стопорного значення І_р.стоп. двигун зупиниться. Ланки R33- C3 та R31- C7 для корекції І_р в перехідних процесах.

Для розширення діапазону регулювання швидкості при пропорційному регуляторі швидкості на його вхід через резистор R5 може бути поданий додатний зворотний зв'язок за струмом, інтенсивність дії якого можна регулювати з допомогою потенціометра R29.

Навантаження машини М1 змінюється за допомогою навантажувального пристрою, який зібраний за системою Г-Д і складається з навантажувальної машини М2, навантажувального генератора G та приводного двигуна М3. Величина моменту навантаження визначається величиною та напрямком струму збудження генератора G.

Паспортні дані двигуна М1: ; ; статор: ; ; ротор: ; ; ККД = 87% Паспортні дані двигуна М2: ; ; ; ; ККД = 86%