Описание лабораторной установки

В комплект лабораторной установки входят следующие модули: «Преобразователь частоты», «Нагрузка», «Модуль питания», «Модуль измерительный», «Мультиметры», «Измеритель мощности», а также двухканальный осциллограф.

Описание лабораторной установки, а также порядок ее включения и выключения подробно описаны в работе № 8.

Напомним, что в модуле «Нагрузка» регулируются только активные сопротивления фаз (RР1-RРЗ), а реактивные элементы остаются неизменными. Регулирование производится переключателем SА1. Значения резисторов, соответствующие положениям переключателя, приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Значение резисторов модуля «Нагрузка» в зависимости от положения переключателя SA1

Положение переключателя SA1	1*	2*	3	4	5	6
Сопротивление нагрузки (Ом)	100	200	400	600	1000	1600

Примечание: знаком «*» отмечены запрещенные положения переключателя. Индуктивности (LI - L3) равны 300 мГн, а емкости (С1 - СЗ) - 10 мкФ.

Для получения трехфазной активно-индуктивной нагрузки необходимо установить перемычки между гнездами X7 - X8 и Х8-Х9 (нулевая точка нагрузки).

Исследование преобразователя частоты со звеном постоянного тока

Собрать схему для исследования ПЧ при работе на активно-индуктивную нагрузку в соответствии с рис. 9.3. Дополнительные перемычки и измерительные приборы, подключаемые в схему, показаны штриховой линией.

В табл. 9.2 приведены измерительные приборы, используемые в лабораторной работе, в соответствии с принятыми обозначениями на принципиальной схеме (см. рис. 9.3).

Таблица 9.2. Параметры измерительных приборов схемы

Измеряемые величины	Обозначение прибора	Предел измерения	Месторасположение прибора (название модуля)
Действующее значение напряжения U и тока I на входе ПЧ	PW1	U ~ 300 В I ~ 2,0 А	Измеритель мощности
Действующее значение первой гармоники фазного напряжения на активном сопротивлении нагрузки Uнф(1)	PV1	-	Модуль измерительный
Действующее значение первой гармоники фазного тока нагрузки Iнф(1)	PA3	-	Модуль измерительный

Из табл. 9.2 видно, что для измерения действующего значения первой гармоники фазного напряжения на активном сопротивлении нагрузки U_нфR(1) применяется вольтметр переменного напряжения РV1, установленный в «Модуле измерительном». Индуктивность нагрузки служит фильтром, которая отфильтровывает высокочастотную составляющую в выходном ШИМ-сигнале ПЧ. При этом формы кривых тока через нагрузку и напряжения на активном сопротивлении нагрузки близки к синусоидальным.

Рис.9.3. Принципиальная схема для исследования преобразователя частоты со звеном постоянного тока при осциллографировании тока и напряжения на выходе ПЧ

Снять регулировочную и энергетические характеристики

Регулировочная характеристика ПЧ – это зависимость выходного напряжения U_н.ф(1) от частоты f: U_н.ф(1) =f(f).

Энергетические характеристики – это зависимости P_вх=f(f), S_вх=f(f), cosφ_вх=f(f),

χ_вх= f(f), Р_н= f(f), cosφ_н=f(f), η_пч=f(f).

Характеристики необходимо снять при изменении частоты в диапазоне от 10 Гц до 50 Гц и регулировании напряжения в соответствии с законом U/f= const при двух значениях сопротивления нагрузки R_н1 и R_н2 .

Для повышения точности измерения за счет устранения помех соединить нулевую точку модуля «Нагрузка» (гнездо А7) с землей (гнездо N «Модуля питания»).

Рис.9.4. Принципиальная схема для исследования преобразователя частоты со звеном постоянного тока при осциллографировании тока и напряжения на входе ПЧ

Программа лабораторной работы

Поддерживать постоянным:

– активное сопротивление нагрузки (переключатель SA1

в модуле «Нагрузка») R_н;

Изменять:

–частоту выходного напряжения (потенциометром RP1) f;

Измерять:

- активное сопротивление фазы нагрузки (из табл. 9.1) R_н;

- фазное напряжение на активном сопротивлении нагрузки U_н.фR(1);

- фазный ток нагрузки I_нф(1);

- активная мощность входной сети преобразователя Р_вх;

- ток входной сети преобразователя I_вх;

- напряжение входной сети преобразователя U_вх;

- коэффициент сдвига входной сети преобразователя сosφ_вх.

Вычислить:

– активную мощность нагрузки P_н;

–напряжение фазы нагрузки U_н.ф(1);

–полная мощность входной сети преобразователя S_вх;

– КПД преобразователя η_пч;

– коэффициент мощности на входе преобразователя χ_вх.

Расчетные соотношения:

- полная мощность входной сети преобразователя: S_вх= U_вх I_вх;

Активная мощность нагрузки:

Напряжение фазы нагрузки: U_н.ф(1)= U_н.фR(1)/cosφ_н; cosφ_н=R_н/Z_н;

ω=2πf.

КПД преобразователя: η_пч= P_н/ Р_вх;

Коэффициент мощности на входе преобразователя: χ= Р_вх/ S_вх.

Результаты измерений и расчетов занести в табл.9.3.

Таблица 9.3.Регулировочная характеристика преобразователя

Измерено	f, Гц					Причечание
	Uвх, В					Rн=
	Iвх, А
	Uн.ф(1), В
	Iн.ф(1), А
	Рвх, Вт
	сosφвх
Вычислено	Sвх, ВА
	Pн, Вт
	Zн, Ом
	cosφн
	Uн.ф(1), В
	ηпч
	χвх

Повторить опыт при другом значении R_н2 (заполнить снова табл.9.3).

По данным табл.9.3 на графике №1 построить зависимости U_нф(1)=f(f); cosφ_вх= f(f); P_вх= f(f), S_вх= f(f); cosφ_н= f(f), P_н = f(f), χ_вх= f(f); η_пч= f(f) для случая R_н= R_н1, а на графике №2 построить те же зависимости для случая R_н= R_н2.

Снять внешнюю и энергетические характеристики

Внешняя характеристика преобразователя – это зависимость U_н.ф(1)= f(I_н.ф(1)), а энергетические характеристики – это зависимости P_вх= f(I_н.ф(1)), S_вх= f(I_н.ф(1)), cosφ_вх= f(I_н.ф(1)), χ_вх= f(I_н.ф(1)), Р_н = f(I_н.ф(1)), cosφ_н= f(I_н.ф(1)), η_пч= f(I_н.ф(1)) при двух значениях частоты f₁ и f₂.

Для этого потенциометром RP1 в модуле «Преобразователь частоты» установить заданное значение частоты f (по прибору частота) и изменять ток нагрузки I_нф переключателем SА1 в модуле «Нагрузка».

Поддерживать постоянным:

– частоту выходного напряжения f;

–напряжение на входе преобразователя U_вх;

Изменять:

–сопротивление нагрузки R_н;

Измерять:

- фазное напряжение на активном сопротивлении нагрузки U_н.фR(1);

- фазный ток нагрузки^* I_нф(1);

- активная мощность входной сети преобразователя Р_вх;

- ток входной сети преобразователя I_вх;

- напряжение входной сети преобразователя U_вх;

- коэффициент сдвига входной сети преобразователя сosφ_вх.

Вычислить:

– активную мощность нагрузки P_н;

–напряжение фазы нагрузки U_н.ф(1);

–полную мощность входной сети преобразователя S_вх;

– КПД преобразователя η_пч;

Расчетные соотношения:

Полная мощность входной сети преобразователя: S_вх= U_вх I_вх;

Активная мощность нагрузки:

Напряжение фазы нагрузки: U_н.ф(1)= U_н.фR(1)/cosφ_н; cosφ_н=R_н/Z_н;

ω=2πf.

КПД преобразователя: η_пч= P_н/ Р_вх;

Коэффициент мощности на входе преобразователя: χ= Р_вх/ S_вх.

– коэффициент мощности на входе преобразователя χ_вх.

^*При высоких сопротивлениях нагрузки R_н вследствие нечувствительности амперметра переменного тока РАЗ действующее значение первой гармоники фазного тока нагрузки можно определить из выражения

I_нф(1)= U_н.ф(1)/ R_н.

Результаты измерений и расчетов занести в табл. 9.4.

Таблица 9.4.Внешняя характеристика преобразователя

Измерено	Rн, Ом					Причечание
	Iн.ф(1), А					f= f1= Гц
	Uн.ф(1), В
	Uвх, В
	Iвх, А
	Рвх, Вт
	сosφвх
Вычислено	Sвх, ВА
	Pн, Вт
	Zн, Ом
	cosφн
	Uн.ф(1), В
	ηпч
	χвх

Повторить опыт при другом значении частоты f (заполнить вновь табл. 8.3).

По данным табл. 9.4 на графике №3 построить внешнюю характеристику U_н.ф(1)=f(I_н.ф(1)), и энергетические характеристики: P_вх= f(I_н.ф(1)), S_вх= f(I_н.ф(1)), cosφ_вх= f(I_н.ф(1)), χ_вх= f(I_н.ф(1)), Р_н = f(I_н.ф(1)), cosφ_н= f(I_н.ф(1)), η_пч= f(I_н.ф(1)) для частоты f= f₁, а на графике №4 построить те же зависимости для частоты f= f_2.

Выключить тумблер SА1 модуля «Преобразователь частоты», тумблер «Сеть» модуля «Измеритель мощности», а также автоматы QF2 «Модуля питания» и QF1 «Модуля питания стенда».

Исследование электромагнитных процессов преобразователя

1.Тумблеры SА2 и SАЗ датчиков напряжения ДH и тока ДТ установить в положение «2» (фильтр выключен). Подключить осциллограф к датчику тока ДТ (канал СН2 - гнездо Х12, корпус осциллографа соединить с гнездом « » ДТ) и датчику напряжения ДН (канал СН1 гнездо Х9).

Снять с выходов ДН и ДТ осциллограммы первой гармоники фазного напряжения u_нф(1) и тока i_нф(1) на выходе ДПЧ при помощи осциллографа для заданного сопротивления нагрузки R_н и частоты управления f. Выполнить необходимые операции, указанные в порядке включения установки (см. работу № 8). Потенциометром RР1 в модуле «Преобразователь частоты» установить заданное значение частоты управления f, а переключателем SА1 в модуле «Нагрузка» заданное значение сопротивление нагрузки R_н.

Вначале посмотреть на осциллограммы при широкой полосе пропускания датчиков (положение «2» тумблеров SА2 и SАЗ, а затем, переключив тумблеры SА2 и SАЗ датчиков в положение «1», сфотографировать осциллограммы первых гармоник фазного напряжения u_нф(1) и тока i_нф(1). Обратить внимание на фазовый сдвиг между ними (угол φ), а также на изменение фазового сдвига при изменении частоты управления f. Не забудьте определить масштабы по напряжению, току и времени с учетом коэффициентов датчиков.

2.Снять осциллограммы напряжения и_вх и тока i_вх на входе ДПЧ при тех же значениях сопротивления нагрузки R_н и частоты управления f. Для этого переключить датчики тока и напряжения в соответствии с рис.9.4. Подключить осциллограф к датчику тока ДТ (канал СН2 - гнездо XI2, корпус осциллографа соединить с гнездом « » ДТ) и датчику напряжения ДН (канал СH1 - гнездо Х9). Выполнить необходимые операции, указанные в порядке включения установки. Потенциометром RР1 в модуле «Преобразователь частоты» установить заданное значение частоты управления f, а переключателем SA1 в модуле «Нагрузка» - заданное значение сопротивление нагрузки R_н. Обратить внимание на формы тока и напряжения, оценить приближенно сдвиг по фазе тока относительно напряжения

Выключить тумблер SA1 модуля «Преобразователь частоты», тумблер «Сеть» модуля «Измеритель мощности», а также автоматы QF2 «Модуля питания» и QF1 «Модуля питания стенда».