Устройство лабораторного стенда
Лабораторный стенд включает в себя:
- частотный преобразователь;
- асинхронный двигатель;
-систему измерения частоты вращения
* Принципиальная схема частотного преобразователя приведена на Рис.6
Рис.6
Схема измерительной системы и перечень элементов (Рис.7)
Обознач. |
Наименование |
М |
Асинхронный двигатель 4АА56А4У3 |
BL1 |
Оптопара щитового типа |
DD1 |
Микроконтроллер ATMega16_16PC |
Конденсаторы |
|
C1 |
0.047 мкФ, 250 В |
C2 |
0.047 мкФ, 400 В |
C3 |
10 мкФ, 16 В |
Резисторы |
|
R1 |
0.5 Ом |
R2…R4 |
100 кОм |
R5 |
11 кОм |
R6 |
330 Ом |
Ход работы
С помощью переменного резистора, расположенного на лицевой панели частотного преобразователя , задаем программные значения частоты. С помощью осциллографа измеряем амплитуду напряжения, которое подается с выхода частотного преобразователя на обмотку статера АД.
С помощью вольтметра постоянного тока измеряем напряжение на выходе системы измерения частоты вращения.
Результаты измерений сводим в табл.1:
табл.1
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Nз |
11111111 |
11100011 |
11001000 |
10101111 |
10010110 |
01111111 |
01100100 |
00110111 |
00011001 |
00000000 |
255 |
227 |
201 |
175 |
151 |
127 |
101 |
55 |
25 |
0 |
|
U’ампл,дел |
2.7 |
2.4 |
1.9 |
1.8 |
1.6 |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
1 |
0 |
Uf,В |
3.29 |
3 |
2.82 |
2.27 |
2.14 |
1.63 |
1.3 |
0.8 |
0.47 |
0.2 |
Nз- число, задаваемое оператором;
U’ампл – измерянная амплитуда напряжения в делениях;
Uf - измерянное напряжения с выхода системы измерения частоты.
Обработка результатов эксперимента
Согласно программе микроконтроллера частотного преобразователя частота fпрогр определяется в зависимости от числа Nз по формуле:
fпр = 2,7+47,3*( Nз/255)
fпр1 = 2.7+47.3*(255/255) = 50 Гц
fпр2 =2.7+47.3*(227/255) =44.8 Гц
fпр3 = 2.7+47.3*(201/255) =40 Гц
fпр4 = 2.7+47.3*(175/255) =35 Гц
fпр5 = 2.7+47.3*(151/255) =30.7 Гц
fпр6 = 2.7+47.3*(127/255) =26.2 Гц
fпр7 = 2.7+47.3*(101/255) =21.4 Гц
fпр8 = 2.7+47.3*(55/255) =13 Гц
fпр9 = 2.7+47.3*(25/255) =7.3 Гц
fпр10 = 2.7+47.3*(0/255) =2.7 Гц
Частота вращения магнитного поля(синхронная частота):
fc= fпр /Рп, где Рп=2 – число пар полюсов двигателя
fc1 =50/2 = 25 Гц
fc2 = 44.8/2 = 22.4 Гц
fc3 =40/2 =20 Гц
fc4 = 35/2 =17.5 Гц
fc5 = 30.7/2 =15.35 Гц
fc6 = 26.2/2 =13.1 Гц
fc7 = 21.4/2 =10.7 Гц
fc8 = 13/2 =6.5 Гц
fc9 = 7.3/2 =3.65 Гц
fc10 = 2.7/2 =1.35 Гц
U’ампл переводим из делений в вольты с учетом того, что цена деления осциллографа 5 В.
U’ампл,В = U’ампл*цен.дел = 2.7*5 = 13.5 В
U’ампл 2 = 2.4*5 =12 В
U’ампл3 = 2.0*5 =10 В
U’ампл4 = 1.9*5 =9.5В
U’ампл5 = 1.8*5 =9В
U’ампл6 = 1.6*5 = 8В
U’ампл7 = 1.4*5 = 7В
U’ампл8 = 1.4*5 = 7В
U’ампл9 = 1*5 = 5В
U’ампл10 = 0*5 = 0В
Делитель
напряжения
U 1
R2 R3
R5
Рис.8 U1’
Рассчитываем коэффициент делителя напряжения(схема приведена на Рис.8): Кдел = R5/(R2+R3+R5), где R2=R3=100кОм ; R5=11кОм
Кдел = 11/(100+100+11)= 0.052
Амплитуда напряжения , которое подается на двигатель:
Uампл = U’ампл/ Кдел ,В
Uампл 1 = 13.5/0.052 =259.6
Uампл 2 = 12/0.052 =230.7
Uампл3 =10/0.052 = 192.3
Uампл4 =9.5/0.052 =182.7
Uампл5 = 9/0.052 =173
Uампл6 = 8/0.052 =153.8
Uампл7 = 7/0.052 =134.6
Uампл8 = 7/0.052 =134.6
Uампл9 = 5/0.052 =96.2
Uампл10 = 0/0.052 =0
Действительное значение напряжения на обмотке статера:
Uдейств = Uампл/√2,В
Uдейств1 = 259.6/1.41=184
Uдейств2 =230.7/1.41=164
Uдейств3 = 192.3/1.41=136
Uдейств4 = 182.7/1.41=130
Uдейств5 = 173/1.41=123
Uдейств6 = 153.8/1.41=109
Uдейств7 = 134.6/1.41=95
Uдейств8 = 134.6/1.41=95
Uдейств9 =96.2/1.41=68
Uдейств10 = 0/1.41=0
Согласно программе микроконтроллера частотного преобразователя действующее значение напряжения на его выходе должно изменяться в зависимости от частоты во закону:
Uд.прогр = (Uд.max/255)*(64+191*( fпр/50)), где Uд.max = 176,В
Uд.прогр1 = (176/255)*(255+(50/50)) =176.64
Uд.прогр 2= 0.69*(255+(44.8/50)) = 157,7
Uд.прогр3 = 0.69*(255+(40/50)) =140,8
Uд.прогр 4= 0.69*(255+(35/50)) =123,2
Uд.прогр 5= 0.69*(255+(30.7/50)) =105,6
Uд.прогр 6= 0.69*(255+(26.2/50)) =92,2
Uд.прогр 7= 0.69*(255+(21.4/50)) =75,3
Uд.прогр 8= 0.69*(255+(13/50)) =45,7
Uд.прогр 9= 0.69*(255+(7.3/50)) =25,7
Uд.прогр 10= 0.69*(255+(2.7/50)) =9,5
Согласно программе микроконтроллера системы измерения частоты напряжение на его выходе зависит от частоты согласно следующей формуле:
Uf = Uп*(f/31.24), Гц где Uп = 5 В – напряжение питания микроконтроллера
Определяем частоту f (вращение ротера):
f =( Uf / Uп)*31.24,Гц
f1 =(3.29/5)*31.24 = 20.55
f 2=(3/5)*31.24 =18.74
f 3=(2.82/5)*31.24 =17.62
f 4=(2.27/5)*31.24 =14.18
f 5=(2.14/5)*31.24 =13.37
f 6=(1.63/5)*31.24 =10.18
f 7=(1.3/5)*31.24 =8.12
f 8=(0.8/5)*31.24 =5
f 9=(0.047/5)*31.24 =3.06
f 10=(0.2/5)*31.24 =1.25
результаты расчетов сводим в табл.2
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
fпр,Гц |
50 |
44,8 |
40 |
35 |
30,7 |
26,2 |
21,4 |
13 |
7,3 |
2,7 |
fc,Гц |
25 |
22,4 |
20 |
17,5 |
15,35 |
13,1 |
10,7 |
6,5 |
3,65 |
1,35 |
f,Гц |
20,55 |
18,74 |
17,62 |
14,18 |
13,37 |
10,18 |
8,12 |
5 |
3,06 |
1,25 |
U’ампл,В |
13,5 |
12 |
10 |
9,5 |
9 |
8 |
7 |
7 |
5 |
0 |
Uампл,В |
259,6 |
230,7 |
192,3 |
182,7 |
173 |
153,8 |
134,6 |
134,6 |
96,2 |
0 |
Uдейств, В |
184 |
164 |
136 |
130 |
123 |
109 |
95 |
95 |
68 |
0 |
Uд.прогр,В |
176,64 |
157,7 |
140,8 |
123,2 |
105,6 |
92,2 |
75,3 |
45,7 |
25,7 |
9,5 |
По зависимостям строим графики 1 и 2.
График 1.
График 2.
Вывод:
В ходе данной лабораторной работы был изучен принцип действия частотного преобразователя, асинхронного двигателя и системы измерения частоты вращения. Экспериментальным путём были сняты и рассчитаны значения напряжений и частот двигателя.