Инженерно-производственный центр «Учебная техника» многофункциональный транзисторный преобразователь Руководство по выполнению базовых экспериментов

МТП.001 РБЭ (952)

2008

Чикота В.В. Многофункциональный транзисторный преобразователь. Руководство по выполнению базовых экспериментов. МТП.001 РБЭ (952). Под ред. П.Н. Сенигова.  Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2008.  128 с.

Представлены перечни используемой при выполнении базовых экспериментов аппаратуры, электрические схемы соединений и их описания, а также указания по проведению базовых экспериментов.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ по учебным дисциплинам «Преобразовательная техника», «Силовая электроника» и смежным с ними дисциплинам в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.

 ООО «Учебная техника», 2008

Введение 4

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах 6

Описание и технические характеристики электромашинного агрегата 7

Описание и технические характеристики функциональных блоков 8

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра 10

Подготовка и проведение измерений с помощью осциллографа 12

Порядок работы с программным обеспечением 14

1. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 15

1.1. Определение параметров, характеризующих работу на статическую нагрузку, однофазного мостового инвертора напряжения. 16

1.2. Получение модулированного выходного напряжения однофазного мостового автономного инвертора напряжения при работе 23

на статическую нагрузку. 23

1.3. Снятие внешней и частотных характеристик однофазного мостового автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 33

1.4. Снятие уровней гармоник выходного напряжения и тока однофазного автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 40

1.4. Снятие уровней гармоник выходного напряжения и тока однофазного 41

автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 41

Рагалевич 40

1.4. Снятие уровней гармоник выходного напряжения и тока однофазного 42

автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 42

1.4. Снятие уровней гармоник выходного напряжения и тока однофазного 45

автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 45

1.5. Формирование ШИМ сигналов для трехфазного мостового автономного инвертора напряжения при работе на статическую нагрузку 48

1.6. Определение параметров, характеризующих работу на двигательную нагрузку, преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока и трехфазным мостовым автономным инвертором напряжения 58

2. Широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения 67

2.1. Определение параметров, характеризующих работу на статическую нагрузку, реверсивного мостового широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения 68

2.2. Формирование выходного напряжения широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения в соответствии 75

с заданным законом управления. 75

2.3. Снятие внешней характеристики широтно-импульсного преобразователя при различных законах управления 83

2.4. Снятие частотной характеристики широтно-импульсного преобразователя при различных законах управления 90

2.5. Снятие уровней гармоник выходных напряжения и тока широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения 97

2.6. Определение параметров, характеризующих работу на двигательную нагрузку, реверсивного широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения 105

2.7. Снятие регулировочной характеристики электропривода системы «ШИП – двигатель постоянного тока» 113

2.8. Снятие зависимости частоты вращения двигателя постоянного тока от уровня его возбуждения. 121

Введение

В настоящем руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые на комплекте типового лабораторного оборудования «Многофункциональный транзисторный преобразователь». В ходе экспериментов проводятся исследования автономных инверторов напряжения, преобразователей постоянного напряжения при работе, как на статическую, так и на двигательную нагрузку. Изучаются различные законы модуляции, применяемые в автономных инверторах, и влияние этих законов на качество выходного напряжения.

Типовой комплект лабораторного оборудования может быть использован для выполнения лабораторных работ по учебным дисциплинам «Преобразовательная техника», «Электрический привод» и смежным с ними дисциплинам в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.

Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

• спроектированные с учебными целями натурные аналоги электрических машин, трансформаторов и элементов электрических цепей;

• измерительные преобразователи и приборы;

• персональный IBM-совместимый компьютер со встроенной платой ввода/вывода данных фирмы National Instruments;

• двухсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выдвижной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего.

Питание комплекта осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 380 В с нейтральным и защитным проводниками.

• Потребляемая мощность, Вт, не более………………………………... 500

• Габариты (длина / ширина / высота), мм…………………………….27509001600

• Масса, кг, не более…………………………………………………….. 250

Программная часть комплекта включает:

• Программную среду персонального компьютера (Windows всех версий, начиная с Windows 98).

• Программу «Многоканальный осциллограф».

• Программу «ВП преобразовательная техника».

Методическая часть комплекта включает:

• Настоящее руководство, как комплект материалов для подготовки к проведению лабораторных работ.

• Руководство пользователя платой ввода/вывода 6024Е.

• Сборник руководств по эксплуатации компонентов аппаратной части комплекта.

Типовому комплекту лабораторного оборудования «Многофункциональный транзисторный преобразователь» присущи следующие качества:

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, которая выражается в возможности проведения множества экспериментов на одном стенде по разным дисциплинам.

ГИБКОСТЬ, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекта сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента.

НАДЁЖНОСТЬ, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, которая обеспечена выполнением компонентов комплекта классом защиты от поражения электрическим током 01 и , а также применением защищенных проводников и устройства защитного отключения.

СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН, который обеспечен выполнением комплекта с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики.

На комплексе может активно работать творческая бригада из 2 студентов.

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах

Количество аппаратуры определённого типа, используемого в конкретном эксперименте, приведено в табл. 1.

Таблица 1

Тип аппаратуры

Номер эксперимента

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

100.3

+

+

+

+

+

218

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

318.1

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

330

+

+

+

+

346

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

351

+

+

+

+

+

+

+

+

+

352

+

+

+

+

+

+

+

+

+

372

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

372.2

+

+

+

+

402.3

+

+

+

+

+

+

506.2

+

+

+

+

509.2

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

527

+

+

+

+

+

+

+

+

528

+

+

+

+

+

+

+

+

550

+

+

+

+

ОСУ20

+

+

+

+

+

+

+

+

Описание и технические характеристики электромашинного агрегата

Электромашинный агрегат предназначен для электромеханического преобразования энергии постоянного или переменного тока, получения сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение подвижных частей агрегата. Он включает сочлененные между собой и установленные на едином основании машину постоянного тока, асинхронный двигатель, преобразователь угловых перемещений. Основные характеристики представлены в таблице 2.

Концы обмоток машин выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам.

Таблица 2

Машина постоянного тока (тип 101.2)
Номинальная мощность, Вт	90
Номинальное напряжение якоря, В	220
Номинальный ток якоря, А	0,56
Номинальная частота вращения, мин–1	1500
Возбуждение	Независимое /параллельное/ последовательное
Номинальное напряжение возбуждения, В	220
Номинальный ток обмотки возбуждения, А	0,2
КПД, %	57,2
Направление вращения	любое
Режим работы	двигательный/генераторный
Асинхронный двигатель( тип 106 )
Число фаз на статоре	3
Схема соединения обмоток статора
Частота тока, Гц	50
Номинальная полезная активная мощность, Вт	120
Номинальное напряжение, В	220/380
Номинальный ток статора, А	0,73 / 0,42
КПД, %	63
cos H	0,66
Номинальная частота вращения, мин–1	1350
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)
Модель	ЛИР158АТ-2500-0.5-ПИ
Количество выходных каналов	6
Выходные сигналы	серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии	2500
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин-1	0..6000

Описание и технические характеристики функциональных блоков

Таблица 3

Наименование и описание	Параметры	Код	Ширина, мм
1	2	3	4
Многофункциональный транзисторный преобразователь МТП1 Предназначен для работы в режимах: - трехфазного автономного инвертора напряжения; - однофазного автономного инвертора напряжения; - реверсивного преобразователя постоянного напряжения с дополнительным каналом ШИМ регулирования тока возбуждения.	Вход:1ф. 240 В / 2 А~ Выход: 3ф. 0…220 B /2 А~	346	380
Однофазный источник питания Служит для питания потребителей однофазным током промышленной частоты и обеспечивает защиту от сверхтокови нарушения изоляции	220 В/16 А~ Ток срабатывания УЗО не более 30 mA	218	190
Регулируемый автотрансформатор Регулирование напряжения	Вход: 220 В~ Выход: 0…220 В~	318.1	190
Однофазный трансформатор Обеспечивает потенциальную развязку от сети при работе на статическую нагрузку	S=120 ВА Вход: 220 B~ Выход: 24 B~	372	95
Однофазный трансформатор Обеспечивает потенциальную развязку от сети при работе на двигательную нагрузку	S=120 ВА Вход: 220 В~ Выход: 220 В~	372.2	95
Нагрузочный резистор Предназначена для работы в качетве нагрузки при работе МТП1 на статическую нагрузку	P=0...20 Вт /50 В R=20…300 Ом 10 положений	351	95
Дроссель Предназначена для работы в качетве нагрузки при работе МТП1 на статическую нагрузку	I= 1 А L=0.025…1 Гн	352	95
Указатель частоты вращения Предназначен для измерения и индикации частоты вращения электромашинного агрегата	n=+/- 0…2000 об/мин	506.2	142.5
Блок мультиметров Предназначен для измерения постоянных и переменных токов и напряжений (без ШИМ модуляции)	U=0…700 B I=0…10 A	509.2	190

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4
Блок вольтметров Предназначен для измерения постоянных и переменных напряжений с ШИМ модуляцией	Вольтметр переменного напряжения U=30 В~ Вольтметр постоянного напряжения U=+30 B	527	95
Блок амперметров Предназначен для измерения постоянных и переменных токов с ШИМ модуляцией	Амперметр переменного напряжения I=1 A~ Амперметр постоянного напряжения I=+1 А	528	95
Блок датчиков токов и напряжения Предназначен для согласования уровней измеряемых сигналов с уровнями входных напряжений блока коннектора и их потенциальной развязки	3 канала напряжения Вход: +/-100/1000 В Выход:+/-5 В 3 канала измерения тока Вход: +/-1/5 A Выход:+/-5 B	402.3	142.5
Коннектор Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам платы сбора данных PCI 6024E персонального компьютера.	8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/ выходов	330	285
Персональный компьютер Предназначен для дистанционного / автоматического управления лабораторным комплексом и отображения информации о нем.	IBM-совместимый, плата сбора данных PCI 6024E	550
Двухканальный осциллограф	ОСУ20

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

Для измерения трех базовых электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

• установить род тока (постоянный/переменный);

• выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

• правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи.

Схема измерения напряжения представлена на рис. 1, схема измерения тока представлена на рис. 2, схема измерения напряжения представлена на рис. 3.

Рис. 1. Присоединение мультиметра (как вольтметра) для измерения напряжения

Рис. 2. Присоединение мультиметра (как амперметра) для измерения тока

Рис. 3. Присоединение мультиметра ( как омметра) для измерения омического сопротивления

Подготовка и проведение измерений с помощью осциллографа

Для снятия осциллограмм напряжения и осциллограмм, пропорциональных величине тока, используется двухканальный осциллограф. Один канал используется для измерения величины напряжения. Измерение производится с использованием шнура

ПД.002 с переключаемым делителем 1:1 или 1:10 . Второй канал используется для измерения сигналов, пропорциональных току, и управляющих сигналов транзисторов. Измерение производится с использованием кабеля ПД.003. Дополнительно, для синхронизации, используется кабель КС.001.

На рис. 4 показана типовая схема подключения осциллографа к стенду в режиме исследования модулированных сигналов. До подключения осциллографа к цепи необходимо выполнить следующие операции:

- подключить кабель ПД.002 к каналу 1 осциллографа и установить делитель в положение 1:10;

- подключить кабель ПД.003 к каналу 2 осциллографа;

- установить переключатель режима синхронизации на режим внешней синхронизации;

- подключить кабель внешней синхронизации КС.001 в соответствии с рис. 4;

- подключить кабель канала 1 к измеряемому сигналу напряжения (для измерения напряжения транзистора VT1 в соответствии с рис. 4)

- подключить кабель канала 2 к выходу соответствующего датчика ( для измерения тока транзистора VT1, к выходу датчика 1 в соответствии с рис. 4)

- внутри выбранного эксперимента переключиться на экран Массив настраиваемых параметров и кнопками Выбор строки переключиться на строку соответствующего датчика (рис. 5). Кнопками Изменение значения параметра выбрать элемент, ток которого мы хотим наблюдать по каналу 2 осциллографа VT1.

Никогда не подключайте на вход осциллографа кабели одного и того же типа. Это может быть причиной коротких замыканий по цепи общего провода осциллографа

Рис. 4. Типовая схема подключения осциллографа к блоку МТП.

Рис. 5. Экран Массива настраиваемых параметров с подключенным на выход датчика 1 сигналом, пропорциональным току транзистора VT1

Порядок работы с программным обеспечением

В программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Силовая электроника» входит универсальная программа «ВП Преобразовательная техника» и “Многоканальный осциллограф”.

Для работы этих программ необходимо наличие установленного драйвера Ni-DAQ платы PCI 6023E или PCI 6024E версии не ниже 7.0.1 с включенной поддержкой Microsoft Visual Basic.

Для того чтобы установить вышеупомянутый драйвер, запустите программу его установки с прилагаемого компакт-диска фирмы National Instruments. В ветви «Traditional Ni-DAQ» появляющегося на одном из этапов установки дерева выберите установить поддержку Microsoft Visual Basic и LabView всех версий. Откажитесь от установки «Ni-DAQmx», «Ni-Switch» и пр. (список компонентов может меняться от версии к версии).

После перезагрузки компьютера плата сбора данных должна определиться. Запустите «Measurement&Automation Explorer» и пройдите по ветвям «My System / Devices and Interfaces / Traditional Ni-DAQ Devices / PCI-602*E (device1)» дерева, отображаемого слева. На последней ветке щелкните правой кнопкой мыши и в выпадающем контекстном меню выберите пункт «Test Panel». Наличие «жизни» в тестовой панели означает, что драйвер платы установился корректно.

Пройдите по ветвям дерева (просто прощелкайте их мышкой) «My System / Software / Measurement Studio / For Visual Basic / * » и по всем вложенным веткам. Выполнить это необходимо, иначе далее установленные программы работать не будут!

Для корректного отображения русских шрифтов в программах, написанных в LabView, необходимо также в реестре Windows XP в ветке HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ Nls \ CodePage изменить значение ключей 1250 и 1252 на с_1251.nls

Установите программное обеспечение «Силовая электроника». Для этого достаточно запустить файл Setup.exe с прилагаемого компакт-диска (диск ИПЦ «Учебная техника»). Ярлыки к установленным программам появятся в меню «Пуск -> Программы».

Порядок работы с каждой конкретной программой описан в тексте руководства к соответствующему базовому эксперименту.