9.2. Описание лабораторного стенда

Тиристорный регулятор напряжения (ТРН) представляет собой каркасную конструкцию в виде единого блока, где смонтирована силовая часть и система управления. Система управления размещена на одной плате и за-щищена металлическим кожухом. Основные данные ТРН приведены в табл.5.

Таблица 5

Параметры преобразователя	Ед. измерения	Показатели
Номинальная мощность	кВт	25
Максимальный ток	А	100
Напряжение сети	В	3*220
Диапазон изменения напряжения	В	0...220
Напряжение питания системы управления	В	12,15,30

Основной узел системы управления - это СИФУ, работающая по вертикальному принципу. СИФУ имеет три идентичных канала управления тиристорами.

Преобразователь имеет следующие виды защит: максимально-токовую, от перегрузки, от потери напряжения, от снижения напряжения, упреждающую защиту по току, от обрыва фазы.

В комплект лабораторного стенда входят три электрические машины:

трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии МТК, нагрузочная машина постоянного тока типа П-32 и тахогенератор ТМГ-30П, который используется для измерения частоты вращения и организации обратной связи. Данные машин приведены в табл.6.

Таблица 6

Тип машины	Напряжение, В	Ток, А	Мощность, кВт	Угловая скорость, рад/с
МТК-112-6	220/380	23,4/13,5	5	93,45
П-32	110	24,5	2,2	157,5
ТМП-30П	230	0,04	0,087	420

Принципиальная схема стенда приведена на рис.11, где QF1 – вводной автомат силовой части (220 В), QF2 - вводной автомат системы управления (380 В), QF3 - автомат включения цепей возбуждения, QF4 – автомат включения цепи управления, M - двигатель, G1 - нагрузочная машина, GE1- тахогенератор, ТРН - тиристорный регулятор напряжения, SB2 - включение силовой части ТРН, SB1 - выключение ТРН, SB4 - включение напряжения задания ТРН, SB3 - выключение нагружения задания ТРН, SB6 - включение нагрузки, SB5 - выключение нагрузки, SB7 - общий СТОП, V1 - напряжение статора, A1 - ток статора, V2 - напряжение тахогенератора(скорость), A2 - ток нагрузочной машины, V3 - напряжение задания.

9.3. Программа исследований

1. Изучите принцип действия и способ регулирования частоты вращения в системе ТРН-АД.

2. Проведите осциллографирование напряжения в контрольных точках.

3. Определите регулировочную характеристику ТРН Uтрн=f(Uу).

4. Определите механические характеристики в разомкнутой и замкнутой системах при числе оборотов холостого хода двигателя 300, 600, 900 об/мин.

5. Постройте механические характеристики в одной системе координат. Определите диапазон регулирования угловой скорости.

6. Постройте естественную механическую характеристику двигателя. Сравнить с характеристиками двигателя в замкнутой системе.

7. Определите и осциллографируйте динамические характеристики в системе при пуске и торможении, при набросе и сбросе нагрузки.

Лабораторная работа 10

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА "ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ"

Цель работы: изучение принципа действия, исследование статических и динамических характеристик системы "Импульсный преобразователь-асинхронный двигатель".

10.1. Общие сведения

Для электроприводов малой мощности практическое значение имеет импульсное регулирование скорости асинхронного двигателя с контактными кольцами при автоматическом управлении периодическим изменением добавочного сопротивления роторной цепи. Схемы такого электропривода просты и обеспечивают плавное регулирование угловой скорости с высоким быстродействием. При замыкании системы может быть обеспечен широкий диапазон регулирования скорости.

При данном способе регулирования энергия скольжения расходуется на добавочном сопротивлении, включенном последовательно с обмотками ротора через выпрямительный мост. Дополнительные потери мощности при регулировании в основном выделяются в добавочном сопротивлении вне электрической машины, поэтому допустимый момент двигателя с независимой вентиляцией примерно равен номинальному. Энергетические показатели при регулировании сопротивления несколько хуже, чем при ступенчатом его изменении. Это обусловлено пульсациями выпрямленного тока, увеличивающими потери, и наличием в цепи обмоток ротора тиристоров, которые искажают форму тока.

Регулирование скорости (рис.12) производится коммутацией (замыканием-размыканием) добавочного сопротивления в роторной цепи с помощью широтно-импульсного модулятора (ШИМ), реализованного на базе преобразователя ТЕ9. При изменении добавочного сопротивления на выходе выпрямителя изменяется ток ротора, установившееся значение которого определяется нагрузкой на валу двигателя и ЭДС ротора.

Величина добавочного сопротивления зависит от режима силового (коммутирующего) тиристора ШИМ. Если этот тиристор включен, то сопротивление Rдоб замкнуто накоротко, если отключен - в цепи ротора полное сопротивление Rдоб. При работе тиристорного ключа в импульсном режиме добавочное сопротивление может изменяться в пределах от нуля до Rдоб.

Для такого регулирования среднего значения добавочного сопротивления необходимо изменять скважность  от 1 до нуля. По роторной цепи идет непрерывный пульсирующий ток.

Зависимость Rдоб.ср  от  представляется как

Rдоб.ср= Rдоб(1 - ),

где  = tвкл/T - скважность,

tвкл - время включенного состояния,

T - период коммутации тиристора.

Область регулирования скорости электропривода определяется рабочими участками граничных механических характеристик, скважностями

 = 0,  = 1.

Когда  = 1, ключ замкнут и двигатель работает на характеристике, соответствующей Rэкв = 0, если ключ разомкнут ( = 0) и Rэкв = Rдоб, двигатель работает на реостатной характеристике.

При регулировании в разомкнутой системе механические характеристики при  =const аналогичны характеристикам при реостатном регулировании. При  =1 механические характеристики не совпадают с естественными, поскольку реальный тиристорный ключ в замкнутом состоянии обладает конечным сопротивлением.

Для получения жестких механических характеристик вводятся обратные связи по скорости и току. Представленная установка допускает разомкнутый и замкнутый циклы импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя.

В замкнутом цикле реализована обратная связь по скорости. Суммируя сигналы обратной связи по скорости k*w с заданием, система управления вырабатывает граничные значения напряжений срабатывания, которые приводят к замыканию и размыканию ключа, шунтирующего Rдоб.

Напряжения срабатывания

U1 = Uз - k*w1, U2 = Uз - k*w2

Линеаризованная структурная схема системы импульсного регулирования асинхронного двигателя по ротору аналогична структурной схеме электропривода постоянного тока при нерегулируемом потоке возбуждения.

Из структурной схемы получаем уравнение статической электромеханической характеристики для разомкнутой системы:

w = (KмIвоKсуUз - IRпр)/C ,

где Rпр - приведенное сопротивление цепи нагрузки.

По уравнениям можно рассчитать и построить статические характеристики системы для различных напряжений задания.

Добавочные сопротивления учитываются в уравнениях членом Kм Iво.

Изменение параметров роторной цепи двигателя в зависимости от скольжения оказывает существенное влияние на динамику системы, если Трц >> Тм, изменения Rрц и Трц не сказываются на динамике регулирования цепи тока.