umm_5902

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Мехатроника»

А.А. Шапран

С.В. Кузнецов

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ

ИМЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

Вдвух частях

Часть 1. ОБЩИЙ КУРС ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Лабораторный практикум по дисциплине «Электромеханические

и мехатронные системы» для студентов специальности 220401 – «Мехатроника»

Екатеринбург Издательство УрГУПС 2013

УДК 621.398 Ш24

Шапран, А. А.

Ш24 Электромеханические и мехатронные системы : лабораторный практикум. В 2 ч. Ч. 1. Общий курс электропривода / А. А. Шапран, С. В. Кузнецов – Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2013. – 61, [3] с.

Практикум преднозначен для студентов специальности 220401 – «Мехатроника» в соответствии с учебной программой дисциплины «Электромеханические и мехатронные системы».

Содержит восемь лабораторных работ, относящихся к первой части дисциплины, изучаемой в 7-м семестре (1-й семестр обучения).

Все лабораторные работы выполняются на универсальном лабораторном комплексе, имеющем стендовое исполнение и поблочную (модульную) компоновку.

В работе приведены электрические блок-схемы каждой работы, порядок проведения всех экспериментов и указаны требования и рекомендации к их выполнению.

УДК 621.398

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Авторы: А. А. Шапран, профессор кафедры «Мехатроника», канд. техн. наук, УрГУПС

С. В. Кузнецов, аспирант кафедры «Мехатроника», УрГУПС

Рецензент: В. Н. Кабанов, профессор кафедры «Вагоны», канд. техн. наук, УрГУПС

©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) 2013

Оглавление

3

Краткая характеристика

учебного лабораторного комплекса

Комплекс предназначен для выполнения лабораторных работ по дисциплинам: «Промышленная электроника», «Электромеханические системы», «Автоматизированный электропривод».

Аппаратная часть комплекса выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

–спроектированные с учебными целями натурные аналоги электрических машин, трансформаторов и элементов электрических цепей;

–источники питания;

–измерительные преобразователи и приборы;

–персональный IBM-совместимый компьютер с встроенной платой сбора информации фирмы National Instruments;

–трехсоставный лабораторный стол с встроенным контейнером для хранения съемных блоков, проводников и методических материалов

сра мами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выкатной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего.

Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 380 В с нейтральным и защитным проводниками.

Потребляемая мощность не более 1000 Вт.

Программная часть комплекса включает в себя:

–программную среду персонального компьютера (Windows 9*);

–разработанные с помощью программной среды LabVIEW виртуальные пульты управления электроприводами, виртуальные осциллографы, панель виртуальных измерительных приборов и панель виртуальных графопостроителей.

Методическая часть комплекса состоит из руководства по выполнению базовых экспериментов – учебный лабораторный комплекс «Электрический привод», издание ООО «Учебная техника», Челябинск, 2005. – 106 с.

Приборная часть комплекса состоит из двух электромашинных агрегатов и функциональных блоков управления.

4

Электромашинные агрегаты предназначены для электромеханического преобразования энергии постоянного или переменного тока, получения сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение подвижных частей агрегата. Каждый из агрегатов включает в себя сочлененные между собой и установленные на едином основании: машину постоянного тока, машину переменного тока, преобразователь угловых перемещений и маховик. Машиной переменного тока в каждом из агрегатов служит трехфазный асинхронный двигатель, при этом в одном из агрегатов используется асинхронный двигатель с фазным ротором, в другом – с короткозамкнутым ротором.

Концы обмоток машин постоянного и переменного тока выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам. Комплекс предусматривает любое направление вращения электромашинного агрегата.

Машинные агрегаты обладают следующими техническими характеристиками:

Агрегат 1 Машина постоянного тока (возбуждение независимое).

Машина переменного тока (асинхронный двигатель с КЗ-ротором)

Агрегат 2 Машина постоянного тока (возбуждение независимое)

5

Машина переменного тока как асинхронный двигатель с фазным

Управление электромашинным агрегатом осуществляется через функциональные блоки, имеющие следующие условные обозначения:

6

– активная нагрузка (набор переменных сопротивлений) 306.1

Условные обозначения, тип, параметры, технические данные и характеристики отдельных составных частей электромашинного агрегата и всех функциональных блоков приведены в методической части комплекса (раздел «Основы электропривода»). Там же приводятся схемы защитных соединений и порядок включения комплекса в работу.

7

Лабораторная работа 1 Электромеханическая система на приводе постоянного тока

врежиме ручного управления

1.Цель работы

Целью работы является исследование установившихся и переходных процессов в электрическом приводе, выполненном на двигателе постоянного тока с независимым возбуждением.

2. Программа работы

Вработе следует провести исследование электромеханической системы в статическом и динамическом режимах.

Встатическом режиме программой работы предусмотрено:

–снятие семейства скоростных и механических характеристик двигателя;

в динамическом режиме, обусловленном изменением скорости вращения электропривода, программа работы предусматривает:

–реостатное регулирование скорости вращения двигателя;

–регулирование скорости вращения двигателя изменением возбуждения;

–регулирование скорости изменением напряжения на якоре.

3. Описание электрической схемы соединений

Принципиальная электрическая схема исследуемой электромеханической системы приведена на рис.1.

Обмотка возбуждения Е1-Е4 двигателя постоянного тока Д, состоящая из последовательного соединения двух полуобмоток Е1-Е2 и Е3-Е4, через реостат Rв, установленный на блоке 308.2, присоединена к нерегулируемому выходу «ВОЗБУЖДЕНИЕ» блока 206.1. К регулируемому выходу «ЯКОРЬ» того же блока присоединены последовательно включенные между собой якорная обмотка двигателя А1-А2 и реостат Rя, установленный на блоке 323.4.

Асинхронный двигатель АД, работающий в режиме тормоза и обеспечивающий нагрузку на валу исследуемого двигателя Д, питается по-

8

стоянным током от регулируемого автотрансформатора, установленного на блоке 318.2 через выпрямитель (блок 322).

С валом исследуемого привода жестко соединен тахометрический датчика скорости Тг, выход которого подключен к показывающему прибору, установленному на блоке 506.3.

Реостат Rя ограничивает ток цепи якоря двигателя Д. Реостат Rв ограничивает ток цепи возбуждения двигателя Д.

Напряжение на якоре двигателя Д контролируется вольтметром, установленном на блоке 206.1.

В якорную цепь двигателя Д включен амперметр, установленный на блоке 206.1, ток возбуждения двигателя Iв может контролироваться переносным показывающим прибором (мультиметром), включаемым последовательно с реостатом Rв.

4. Методические указания по проведению экспериментов

4.1. Подготовка к работе:

–удостовериться в том, что устройства, используемые в экспериментах, отключены от сети электропитания;

–собрать электрическую схему установки согласно рис. 1 и убедиться в правильности выполнения всех соединений;

–гнезда защитного заземления всех используемых в эксперименте устройств, соединить с гнездом «PE» 3-х фазного источника питания (блок 201.4);

–включить источник 3-х фазного напряжения;

–переключатель режимов работы на блоке 206.1 установить в положение «РУЧН»;

–регулировочные рукоятки на блоках 206.1 и 318.2 повернуть против часовой стрелки до упора;

–регулировочные рукоятки реостатов Rя и Rв на блоках 323.4 и 308.2 поставить в положения, соответственно 50 и 200 Ом;

–включить установку в работу, для чего подать напряжение питания на ее блоки (выключатели «СЕТЬ»);

–нажатием кнопки «ВКЛ» на блоке 206.1 подать напряжение на обмотку якоря двигателя Д.

9

Рис. 1. Электрическая схема лабораторной работы 1