Однокопылов И.Г., Семенов С.М. Электрический привод. Статика. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

121

где угол

arcsin

берется в первой четверти.

Для определения угла λ в режиме прерывистого тока составим

уравнение электрического равновесия контура, по которому протекает

ток нагрузки, в интервале проводимости вентиля:

2sin( ) ,

UEiRL

  

где

R = R

+ R

дв

– активное сопротивление контура;

L = L

+ L

дв

– индуктивность контура.

Данное уравнение имеет вид:



cos sin( ) cos sin( ) ,













где



– относительная ЭДС цепи нагрузки;

arctg





– фазовый угол контура;

f – частота сети переменного тока.

На основании условия







получим выражение, связывающее

соответствующие друг другу величины:

ctg

sin( ) sin( )

cos









 





Граница режима прерывистого тока (рис. 4.8) определяется услови-

ем





, откуда с помощью уравнения электрического равновесия

контура получим уравнение границы:

ctg

гр

ctg

sin( ) sin( )

cos













    





При всех

гр

 для данных θ,



система будет работать в режиме

прерывистого тока.

Электромеханические и механические характеристики для режима

прерывистого тока приведены на рис. 4.9 в заштрихованной области.

122

Зная в каждом из режимов величину среднего выпрямленного на-

пряжения на нагрузке, можно перейти к электромеханической характе-

ристике двигателя.

Рис. 4.9. Электромеханические и механические характеристики системы

Математические выражения для электромеханических и механиче-

ских характеристик в системе «Тиристорный преобразователь – двига-

тель постоянного тока» (ТП – ДПТ) описываются сложными трансцену-

ентными уравнениями (в области прерывистых токов) и поэтому при

расчетах обычно применяют графоаналитические методы.

4.4. Краткое описание работы системы трехфазного мостового

нереверсивного тиристорного преобразователя – двигателя

На рис. 4.10 приведена схема электропривода (ЭП) с трехфазным

мостовым нереверсивным тиристорным преобразователем. Характери-

стики двигателя при использовании этого типа выпрямителя аналогич-

ны показанным на рис. 4.9. В ТП используются два основных принципа

управления комплектами вентилей: совместное и раздельное.

Совместное управление предусматривает подачу от системы им-

пульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами импульсов управле

ния U

одновременно на тиристоры обоих комплектов – VS1,VS3,VS5

(анодная группа) и VS2,VS4,VS6 (катодная группа). Причем за счет нали-

чия угла сдвига между импульсами управления двух комплектов тиристо-

ров, близкого к π, один из них работает в выпрямительном режиме и про-

водит ток, а другой, работая в инверторном режиме, ток не проводит.

123

Рис. 4.10. Схема ЭП с трехфазным мостовым нереверсивным ТП

Для обеспечения такого управления между средними значениями

ЭДС выпрямителя и инвертора должно существовать соотношение

ср.и

≥ Е

ср в

, однако за счет разности мгновенных значений ЭДС между

комплектами тиристоров протекает так называемый уравнительный ток.

Для его ограничения могут применяться ограничительные реакторы.

Раздельное управление используется для полного исключения

уравнительных токов между комплектами тиристоров преобразователя.

Сущность его состоит в том, что импульсы управления подаются только

на один из комплектов, который должен

в данный момент проводить

ток. На второй комплект импульс не подается, и он не работает (за-

крыт).

Управление преобразователем осуществляется в этом случае с по-

мощью логического переключающего устройства (ЛПУ). Это устройст-

во, осуществляя контроль за током преобразователя, обеспечивает

включение в работу и выключение комплектов тиристоров с небольшой

паузой в 5…10 мс

. Вследствие этого вблизи оси скорости имеет место

режим прерывистых токов (рис. 4.9), что отражается в нелинейности

характеристик двигателя.

124

4.5. Принципиальная электрическая схема стенда

Принципиальная электрическая схема стенда приведена на рис. 4.5.

Источник GA – источник синусоидального напряжения промыш-

ленной частоты.

Тиристорный преобразователь/регулятор TP питает регулируемым

напряжением обмотки машины (двигателя) постоянного тока D1, рабо-

тающей с независимым возбуждением. В этом случае половины обмо-

ток возбуждения исследуемого двигателя следует соединить последова-

тельно.

Трехфазная трансформаторная группа TT преобразует напряжение

источника GA в пониженное

напряжение, подаваемое на тиристорный

преобразователь/регулятор TP.

Блок BB выпрямляет однофазное сетевое напряжение для питания

обмотки возбуждения двигателя D1 с независимым возбуждением.

Преобразователь угловых перемещений DD генерирует импульсы,

поступающие на вход указателя частоты вращения IB электромашинно-

го агрегата.

Машина переменного тока D2, работающая в режиме генератора

и обеспечивающая нагрузку на валу исследуемого двигателя, нагружена

на активную

нагрузку RA. Возбудитель GG питает обмотку возбужде-

ния машины D2 регулируемым напряжением.

С помощью мультиметров блока BM контролируются ток и напря-

жение якоря, а также ток возбуждения двигателя D1.

Для величин исследуемого двигателя принят индекс 1, для нагру-

зочного двигателя – 2.

4.6. Программа экспериментов

Порядок экспериментального исследования системы электропри-

вода:



проверка работоспособности стенда;



снятие характеристик  = f(I),  = f(M) системы в двигательном

режиме при угле управления α = 0°;



снятие характеристик  = f(I),  = f(M) изменением напряжения

питания U

якоря двигателя;



снятие регулировочной характеристики

()





4.7. Проверка работоспособности стенда

Убедиться, что предохранители всех блоков исправны!

Проверку осуществлять по схеме рис. 4.5. Для этого необходимо

проделать следующее:

125



Убедиться, что устройства, используемые в экспериментах, от-

ключены от сети электропитания.



Собрать электрическую схему соединений тепловой защиты ма-

шины переменного тока (рис. 4.1).



Соединить гнезда защитного заземления «» устройств, ис-

пользуемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника GА.



Подключить аппаратуру в соответствии с электрической схемой

соединений (рис. 4.5).



Переключатель режима работы возбудителя GG установить

в положение «РУЧН.».



Регулировочные рукоятки возбудителя GG и тиристорного пре-

образователя TP повернуть в крайнее левое положение.



Перевести регулировочные рукоятки активной нагрузки RA

в крайнее правое положение.



Установить переключателем в блоке TT номинальное вторичное

фазное напряжение трансформаторов 133 В.



Включить выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров BM и ука-

зателя частоты вращения IB.



Установить мультиметры на соответствующие пределы измере-

ний токов и напряжений.



Включить выключатель «СЕТЬ» тиристорного преобразовате-

ля/регулятора TP.



Включить источник GA. О наличии напряжений фаз на его вы-

ходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.



Нажать кнопку «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели

преобразователя TP и удерживать ее до тех пор, пока не загорится рас-

положенный рядом с ней светодиод.



Вращая регулировочную рукоятку тиристорного преобразовате-

ля TP, разогнать двигатель D1.

4.8. Снятие характеристики системы при угле управления

α = 0°

тиристорного преобразователя

Электромеханическую  = f(I) и механическую  = f(M) характери-

стики системы снимать при минимальном угле управления α и номи-

нальных параметрах двигателя D1.

Подготовить стенд к работе по п. 4.7:



Вращая регулировочную рукоятку преобразователя ТР, устано-

вить угол управления α = 0°.



Включить выключатель «СЕТЬ» и нажать кнопку «ВКЛ.» возбу-

дителя GG.

126



Вращая регулировочную рукоятку возбудителя генератора GG,

изменять ток якоря I

(до 1 А) двигателя D1 и заносить показания ам-

перметра А1 и вольтметра V блока BM, а также указателя IB частоты

вращения в табл. 4.4.

Таблица 4.4

, A

, В

n, мин

–



По завершении эксперимента сначала у возбудителя GG, а затем

у преобразователя TP повернуть регулировочные рукоятки в крайнее

левое положение, нажать кнопку «ОТКЛ.» возбудителя GG. Разомкнуть

выключатели «СЕТЬ» всех задействованных в эксперименте блоков.

Отключить источник GA нажатием на кнопку-гриб и последующим по-

воротом в левое положение ключа выключателя.



Используя данные табл. 4.4, вычислить значение угловой скоро-

сти вращения ω двигателя D1 по выражению



 (4.1)

и его электромагнитного момента М

по формуле

1111

(65)

UII





(4.2)

и занести полученные результаты в табл. 4.5.

Таблица 4.5

, H м

, с

–

Привести пример расчета.



По данным табл. 4.4 и табл. 4.5 построить электромеханическую

()

I и механическую

()

M характеристики системы.

4.9. Снятие характеристик при пониженном напряжении

питания U

якоря двигателя D1

Характеристики  = f(I) и  = f(M) снимать при различных напря-

жениях питания U

двигателя D1, устанавливаемых вращением регули-

ровочной рукоятки преобразователя ТР, т. е. изменением угла регулиро-

вания α.

Подготовить стенд к работе по п. 4.7:

127



Вращая регулировочную рукоятку преобразователя ТР, устано-

вить угол управления α = 55°.



Включить выключатель «СЕТЬ» и нажать кнопку «ВКЛ.» возбу-

дителя GG.



Вращая регулировочную рукоятку возбудителя генератора GG,

изменять ток якоря I

(до 1 А) двигателя D1 и заносить показания ам-

перметра А1 и вольтметра V блока BM, а также указателя IB частоты

вращения в таблицу, аналогичную табл. 4.4.



Проделать опыт для больших значений угла управления α (по за-

данию преподавателя).



По завершении эксперимента сначала у возбудителя GG, а затем

у преобразователя TP повернуть регулировочные рукоятки в крайнее

левое положение, нажать кнопку «ОТКЛ.» возбудителя GG. Разомкнуть

выключатели «СЕТЬ» всех задействованных в эксперименте блоков.

Отключить источник GA нажатием на кнопку-гриб и последующим по-

воротом в левое положение ключа выключателя.



Используя данные таблиц, аналогичных табл. 4.4, вычислить зна-

чение угловой скорости вращения ω двигателя D1 по выражению (4.1)

и его электромагнитного момента М

по формуле (4.2) и занести полу-

ченные результаты в таблицы, аналогичные табл. 4.5.



По данным таблиц, аналогичных табл. 4.4 и табл. 4.5 построить

электромеханическую

()

I и механическую

()



 характери-

стики системы.

4.10. Снятие регулировочной характеристики

Снятие регулировочной характеристики

()



 осуществлять

в ниже приведенной последовательности.

Подготовить стенд к работе по п. 4.7:



Включить выключатель «СЕТЬ» и нажать кнопку «ВКЛ.» возбу-

дителя GG.



Вращая регулировочную рукоятку возбудителя GG установить

ток якоря I

двигателя D1 равным 0,5 А (амперметр А1) и поддерживать

его в ходе эксперимента с помощью возбудителя GG.



Вращая регулировочную рукоятку преобразователя ТР, изменять

угол управления α в диапазоне 30…170° и заносить показания вольт-

метра V блока ВМ и указателя IB в табл. 4.6.

Таблица 4.6

, В

n, мин

–

128



Используя данные табл. 4.6, вычислить значения угловой скоро-

сти  по выражению:



 .

Полученные результаты занести в табл. 4.7.

Таблица 4.7

, В

, с

–

Привести пример расчета.



По завершении эксперимента сначала у возбудителя GG, а затем

у преобразователя TP повернуть регулировочные рукоятки в крайнее

левое положение, нажать кнопку «ОТКЛ.» возбудителя GG. Разомкнуть

выключатели «СЕТЬ» всех задействованных в эксперименте блоков.

Отключить источник GA нажатием на кнопку-гриб и последующим по-

воротом в левое положение ключа выключателя.



По данным табл. 4.7 построить регулировочную характеристику

()

U

4.11. Содержание отчета

1. Цель работы.

2.Принципиальная электрическая схема стенда с краткими поясне-

ниями.

3. Таблицы опытных данных и характеристики: ω = f(I) для всех

опытов – на одном графике; ω = f(М) для всех опытов – на другом гра-

фике.

4. Таблица опытных данных и характеристика

()



 .

5. Показатели регулирования скорости вращение двигателя D1

(диапазон, точность, плавность).

5. Краткие выводы.

4.12. Контрольные вопросы и задания

4.12.1. Опишите структуру и принцип действия тиристорного

управляемого выпрямителя.

4.12.2. Каковы достоинства и недостатки системы ТП-ДПТ?

4.12.3. Изобразите механические =f(M) и электромеханические

=f(I) характеристики изучаемой системы при различных углах управ-

ления α.

129

4.12.4. Перечислите условия, при которых система ТП-ДПТ пере-

ходит в режим прерывистого тока?

4.12.5. Приведите формулы для определения координат граничных

значений скорости вращения (

гр



) и тока (

гр

Литература

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: учебник

для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.

2. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода:

учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 544 с.

3. Москаленко В.В. Электрический привод: учеб. пособие для студ.

учреждений сред. проф. образования. – М.: Мастерство: Высш. шк.,

2000. – 368 с.

4. Электротехника: учебное пособие для

вузов. В 3-х кн. Кн. 3.

Электроприводы. Электроснабжение / под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Га-

фиятуллина, А.А. Шестакова. – Челябинск: Изд-во Ю УрГУ, 2005. – 639 с.

5. Электрический привод: руководство по выполнению базовых

экспериментов ЭП. 001 РБЭ (905). – Челябинск: ИПЦ «Учебная техни-

ка», 2005. – 141 с.

6. Садченков Д.А. Современные цифровые мультиметры. – М.:

СОЛОН-Пресс, 2002. – 112 с

130

Лабораторная работа №5

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТИРИСТИКИ И РЕЖИМЫ

РАБОТЫ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1. Цель работы

Исследование статических режимов работы и характеристик син-

хронного электропривода.

5.2. Оборудование стенда (состав аппаратуры)

Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному)

принципу и содержит:



трехсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером

для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методи-

ческих материалов; рамами для установки необходимых в эксперименте

функциональных блоков; выкатной полкой для клавиатуры компьютера

и подставкой для системного блока последнего;



электрические машины (выполненные в виде электромашинного

агрегата), трансформаторы и элементы электрических цепей;



источники питания;



измерительные преобразователи и приборы.

Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической

сети напряжением ~ 380В с нейтральным и защитным проводниками.



Потребляемая мощность, Вт, не более 500.



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



Масса, кг, не более 250.

5.2.1. Тактико-технические параметры электромашинного

агрегата

Электромашинный агрегат предназначен для электромеханическо-

го преобразования энергии постоянного или переменного тока, получе-

ния сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение

подвижных частей агрегата. Он включает сочлененные между собой

и установленные на едином основании машины постоянного и переменно-

го тока, маховик и преобразователь угловых перемещений.

Параметры электромашинного агрегата приведены в табл

. 5.1.