методические указания по лабораторной работе / использование частотного способа управления асинхронным двигателем

Большая емкость конденсатора требуется для сглаживания напряже-

ния промежуточного звена. После выключения инвертора из сети, конден-

сатор сохраняет высокое напряжение в течение определенного времени.

При инвертировании постоянного тока в переменный в преобразова-

теле частоты используются транзисторы, которые работают в переклю-

чающем режиме. обеспечивающие частоты переключения до 16 кГц с низ-

ким уровнем шума.

Рис.11. Коммутационная электрическая схема инвертора Как видно из рис.11, ток через обмотку двигателя может протекать

только тогда, когда, по меньшей мере, один из верхних (1VT5, 2VT5 и 3VT5) и один из нижних транзисторов (1VT6, 2VT6 и 3VT6) включены.

Диаграмма включения выходных ключей инвертора показана на рис.12.

Анализ электрической схемы регулятора. На элементах DD1.1-DD1.3

схемы преобразователя частоты собран задающий генератор с изменяемой в пределах 30 ÷ 800 Гц частотой (рис.13). Регулируют частоту переменным резистором RЗ. Счетчик DD2, элемент И-НЕ DD1.4 и четыре элемента ис-

ключающее ИЛИ DD3.1-DD3.4 входят в состав формирователя импульсов трехфазной последовательности (ФИТ), который преобразует постоянное

11

напряжение в сигналы прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на 120

град (рис.14).

Т,В

1VТ5

3VТ6

2VТ5

1VТ6

3VТ5

t, с

Рис.12. Диаграмма включения выходных ключей инвертора

Рис.13. Схема электрическая задающего генератора

На транзисторах 1VT1-1VT6, 2VT1-2VT6, 3VT1-3VT6 собраны три одинаковых усилителя, по одному на каждую фазу трехфазного асинхрон-

ного двигателя. Рассмотрим работу одного из них (рис.15). Когда на выхо-

де элемента DD3.2 появляется высокий уровень, открывается составной транзистор 1VT2, 1VT4, а выходной транзистор 1VT6 закрывается. Кроме того, высокий уровень поступает на вход транзисторной оптопары 1U1, в

12

результате чего на ее выходе устанавливается низкий уровень, который за-

крывает составной транзистор 1VT1, 1VT3. Выходной транзистор 1VT5

открыт. Для развязки по напряжению транзисторы 1VT1, 1VT3 и 1VT2, 1VT4 питают от разных источников напряжением +10В, а транзисторы

1VT5, 1VT6 - от источника напряжением +300В. Диоды 1VD6. 1VD7, 1VD8, 1VD9 служат для более надежного закрывания выходных транзи-

сторов.

Формирователь импульсов трехфазной последовательности

Рис.14. Схема электрическая формирователя импульсов

13

Одно из главных условий нормальной работы транзисторов 1VT5 и 1VT6 -

они не должны быть одновременно открыты. Для этого на вход составного транзистора 1VT1, 1VT3 управляющее напряжение поступает с выхода оп-

топары 1U1, что обеспечивает некоторую задержку его переключения

(приблизительно 40 мкс). При появлении на входе оптопары высокого уровня начинает заряжаться конденсатор 1С2. Сигнал низкого уровня на входе оптопары не может мгновенно закрыть составной транзистор 1VT2, 1VT4, поскольку конденсатор 1С2 разряжаясь по цепи 1RЗ, эмиттерные переходы транзисторов, поддерживает его в течение около 140 мкс в от-

крытом состоянии, а транзистор 1VT6 - в закрытом. Время выключения оптопары составляет примерно 100 мкс, поэтому транзистор 1VT5 закры-

вается раньше, чем транзистор 1VT6 открывается.

Диоды 1VD10, 1VD11 защищают выходные транзисторы от повы-

шения напряжения при коммутации индуктивной нагрузки - обмоток ТАД,

а также замыкают ток обмоток, когда напряжение на них изменяет свою полярность (при переключении транзисторов 1VT5, 1VT6). Например, по-

сле закрывания транзисторов 1VT5 и 2VT6 ток некоторое время проходит в прежнем направлении - от фазы А к фазе В, замыкаясь через диод

2VD10, источник питания, диод 1VD11 пока не уменьшится до нуля.

Рассмотрим последовательность переключения выходных транзи-

сторов на примере фаз А и В. Когда транзисторы 1VT5 и 2VT6 открыты,

ток протекает по цепи: источник +300 В, участок коллектор - эмиттер транзистора 1VT5, обмотки фазы А и фазы В, участок коллектор - эмиттер транзистора 2VT6. Когда эти транзисторы закрываются, а 1VT6 и 2VT5

открываются, ток протекает в противоположном направлении. Таким обра-

зом, на фазы А, В и С подаются импульсы напряжения прямоугольной формы со сдвигом по фазе 120 град. Частота питающего ТАД напряжения определяется частотой переключения этих транзисторов.

14

Благодаря поочередному открыванию транзисторов ток последова-

тельно проходит по обмоткам статора АВ-АС-ВС-ВА-СА-СВ-АВ, что и создает вращающееся магнитное поле. Описанная выше схема построения выходных ступеней - трехфазная мостовая. Ее достоинство заключается в том, что в фазном токе отсутствуют третьи гармонические составляющие.

Блок питания вырабатывает напряжения +5, +10 и +300В (рис.16).

Напряжение +5В, вырабатываемое стабилизатором на стабилитроне

VD6 и транзисторе VT1, используется для питания микросхем DD1-DDЗ.

15

Верхний по схеме составной транзистор каждого усилителя питается от отдельной обмотки сетевого трансформатора Т1 и отдельного мостового выпрямителя (1VD1-1VD4, 2VD1-2VD4, ЗVD1-3VD4). Нижний составной транзистор всех усилителей - от обмотки II и диодного моста VD5. Для пи-

тания выходных транзисторов применен мост VD1-VD4 и фильтр С2, СЗ.

Емкость конденсаторов С2 и СЗ 50 мкФ.

Номинальные параметры исследуемого двигателя:

-число витков на полюс статора ω1 = 442;

-номинальный ток I = 0,94 А;

- диаметр изолированного провода обмотки статора dиз = 0,565 мм;

-активное сопротивление обмотки статора r1=25,5 Ом;

-диаметр короткозамкнутого витка q = 4,15 мм;

-активное сопротивление короткозамкнутого витка rз = 1,3∙10-4 Ом;

-внутренний диаметр статора D = 0,046 м; длина статора l = 0,046 м.

Задающая частота генератора изменяется в пределах 30 ÷ 800 Гц.

ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторной работы необходимо выполнять об-

щие правила техники безопасности:

16

- установку включать в сеть только после ознакомления с ее устрой-

ством и работой, оформления допуска к работе в специальном журнале и только по разрешению преподавателя;

- перед включением установки в сеть предупредить всех присутст-

вующих членов бригады;

- запрещается выполнять работы на установке менее, чем двум сту-

дентам. Рекомендуемый состав бригады 2 ÷ 4 человека;

- каждый работающий в бригаде должен иметь индивидуальный до-

пуск к работе и иметь строго определенные обязанности при выполнении работы;

- при обнаружении неисправностей во время работы (скрежет искре-

ние, задымление, запах) двигателя немедленно отключить установку от се-

ти и сообщить преподавателю;

- категорически запрещается производить устранение неисправно-

стей, переключать клеммы, касаться оголенных токоведущих частей при включенной в сеть установке;

-не допускать попадание жидкости на электрические соединения

схемы;

-при возникновении пожара отключить установку от сети и восполь-

зоваться огнетушителем;

- категорически запрещается оставлять без надзора работающую ус-

тановку.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с лабораторной установкой, подготовить необходи-

мые таблицы для записи результатов измерений.

2. Получить у преподавателя задание на параметры управляющего напряжения.

17

3. Исследовать влияние амплитуды и частоты питающего напряже-

ния на форму механической характеристики (табл.1, 2).

Табл.1.

U, В

S;%

Мmax, Н*м

Мпуск, Н*м

Табл.2.

f1, Гц

ω0, рад/с

ω, рад/с

Мmax, Н*м

Мпуск, Н*м

4. Исследовать влияние амплитуды и частоты питающего напряже-

ния на форму электромеханической характеристики (табл.3).

Табл.3.

U, В

f1, Гц

S,%

ω, рад/с

І2, А

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По результатам табл.1, 2 построить механические характеристики

АД.

18

2. По результатам табл.3 построить электромеханические характери-

стики АД.

3. Определить потери мощности в цепи ротора.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен быть оформлен на листах формата А4 и должен со-

держать:

1)Название лабораторной работы, цель.

2)Схему экспериментального стенда.

3)Таблицы измерений.

4)Обработку экспериментальных данных.

5)Графики статических характеристик АД.

6)Расчет параметров, предусмотренных методикой проведения экспери-

мента.

7) Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Способы регулирования скорости АД.

2.Принцип действия элементов лабораторного стенда.

3.Механическая характеристика АД.

4.Электромеханическая характеристика АД.

5.Влияние напряжения и частоты питающего напряжения АД на форму механической характеристики.

6.Влияние напряжения и частоты питающего напряжения АД на форму электромеханической характеристики.

7. Расчет потерь мощности в цепи ротора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колосов С.П. и др. Элементы автоматики. Учеб. для студентов ВУЗов, М.: Машиностроение, 1970.- 392с.

19

2. Коновалов Л.И., Петелин. Элементы и системы электроавтомати-

ки. М.: Высшая школа.1980.-192с.

3. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Высшая школа.1991.-

430с.

ВРЕМЯ, ОТВЕДЕННОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Подготовка к работе - 1,0 акад. час.

Выполнение работы – 1,5 акад. час.

Оформление отчета –1,5 акад. час.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "Элементы и устройства систем управления"

для студентов специальностей 210100 дневной и вечерней форм обучения

СОСТАВИЛИ: Рогова Марина Викторовна

Саратовский государственный технический университет

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер БИТТиУ, 413840, г. Балаково, ул. Чапаева, 140

20