Универсальный лабораторный стенд

Универсальный лабораторный стенд (УЛС) лаборатории 025 предназначен для фронтального проведения лабораторных работ по дисциплинам «Системы управления электроприводов», «Элементы систем автоматики», «Теория автоматического управления». Для успешного и продуктивного выполнения лабораторного практикума на УЛС необходимо знать технические характеристики электрооборудования стена, предварительно изучить устройство и назначение основных панелей и узлов стенда, иметь представление о защитах и блокировках стенда, уметь правильно и в необходимой последовательности включить стенд в работу, провести необходимые испытания и правильно выключить стенд.

1. Конструкция универсального лабораторного стенда

УЛС состоит из электромашинных агрегатов постоянного и переменного тока, двух реверсивных тиристорных преобразователей ТП1 и ТП2, контрольно – измерительных приборов и контакторного электрооборудования, установленных на панелях стенда.

Электромашинный агрегат постоянного тока состоит из сочлененных между собой двух электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения М1 и М2, тахогенератора постоянного тока ТГ1, измерительного редуктора и сельсина – датчика СД1. Агрегат предназначен для исследования в статических и динамических режимах систем автоматизированного электропривода постоянного тока, выполненных по системе тиристорный преобразователь – двигатель (ТП – Д). Как правило машина М1 используется как исследуемый двигатель. Электродвигатель М2 используется для формирования момента нагрузки исследуемого двигателя и получает питание от ТП2, работающего в режиме регулируемого источника тока.

Электромашинный агрегат переменного тока состоит из сочлененных между собой электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения М3, асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором М4, тахогенератора постоянного тока ТГ2, измерительного редуктора и сельсина – датчика СД2. Агрегат предназначен для исследования в статических и динамических режимах систем автоматизированного электропривода переменного тока, а также для возможности исследования электропривода по системе генератор – двигатель (Г – Д).

Обычно машина М4 используется как исследуемый двигатель, а М3 служит для формирования момента нагрузки.

Реверсивные тиристорные преобразователи ТП1 и ТП2 типа БРТ выполнены по трехфазной мостовой встречно - параллельной схеме выпрямления с раздельным управлением вентильными группами. Преобразователь ТП1 используется как исследуемый преобразователь и может подключаться к якорной цепи или обмотке возбуждения машины постоянного тока или к выпрямительному мосту в роторной цепи асинхронного двигателя в схемах асинхронно – вентильного каскада. Преобразователь ТП2 в основном служит для формирования нагрузки на валу испытуемых двигателей через якорные цепи нагрузочных машин М2 или М3.

Фасад УЛС выполнен в виде вертикальной панели, состоящей из отдельных панелей, на которых расположены контрольно – измерительные приборы, автоматические выключатели и кнопки управления, контактная, сигнальная и регулирующая аппаратура. Каждая панель имеет свое функциональное назначение.

1. Панели контрольно - измерительных приборов

На этих панелях установлены стрелочные контрольно - измерительные приборы для измерения значений параметров во время выполнения лабораторных работ. Параметры и назначение контрольно – измерительных приборов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Контрольно – измерительные приборы УЛС

Обозначение	Ед измерения	Пределы измерений	Измеряемый параметр
V1	В	300-0-300	Выпрямленное напряжение ТП1
V2	В	300 -0 300	Выпрямленное напряжение ТП2
V3	В	0 – 250	Контроль напряжения питания ~ 220 В
V4	В	300 -0 - 300	Согласование ЭДС якорных цепей машин М2 и М3
V5	Об/мин	2000 – 0 - 2000	Скорость вращения агрегата М1 – М2
V6	Об/мин	2000 – 0 - 2000	Скорость вращения агрегата М3 – М4
А1	А	30 - 0 - 30	Выпрямленный ток ТП1
А2	А	30 - 0 - 30	Ток якоря машины М2 или М3
А3	А	0 – 30	Ток статора М4
А4	А	1,5 – 0 – 1,5	Ток измерительного шунта Ш6
А5	А	1,5 – 0 - 1,5	Ток возбуждения М1
А6	А	1,5 – 0 - 1,5	Ток возбуждения М2
А7	А	1,5 – 0 - 1,5	Ток возбуждения М3

На панелях контрольно – измерительных приборов также установлены:

· АК1 – аварийная кнопка для общего отключения всех питающих напряжений стенда;

· АК2 – аварийная кнопка отключения цепей выпрямленного напряжения ТП1 и ТП2 и контактора возбуждения КВ;

· В1 – автоматический выключатель напряжения питания стенда ~ 380 В с сигнальной лампой;

· В2 - автоматический выключатель напряжения питания стенда ~ 220 В с сигнальной лампой.

1. Панели силовая ПС и управления ПУ

На силовой панели ПС изображена принципиальная электрическая схема силовых цепей УЛС (рис. 1) с вынесенными на универсальные зажимы основными силовыми и контрольными точками, и схема цепей управления (рис.2), обеспечивающих надежную, безопасную и безаварийную работу УЛС. На силовой панели с помощью гибких проводников и универсальных зажимов собирается схема выполняемой лабораторной работы. На панели управления ПУ установлены кнопки управления, переключатели и сигнальные лампы, назначение которых представлено в таблице 2:

Таблица 2 Назначение кнопок, переключателей и сигнальных ламп

Обозначение	Назначение
К1	Кнопка включения напряжения цепей управления
ЛС2	Контроль напряжения питания цепей управления =220 В
К2	Кнопка подключения напряжения питания статора М4
К3	Кнопка включения напряжения питания регуляторов ±15 В
ЛС12,13	Контроль напряжения питания регуляторов ±15 В
К4	Включение напряжения питания ТП1 ~ 220 В
ЛС5	Контроль напряжения питания ТП1 ~ 220 В
К5	Включение напряжения питания ТП2 ~ 220 В
ЛС6	Контроль напряжения питания ТП2 ~ 220 В
К6	Включение выпрямленного напряжения ТП1
ЛС7	Контроль включения выпрямленного напряжения ТП1
К7	Включение выпрямленного напряжения ТП2
ЛС8	Контроль включения выпрямленного напряжения ТП2
К8	Включение напряжения возбуждения =220 В
ЛС9	Контроль включения напряжения возбуждения
П2	Подключение якорных цепей машин М2 и М3
ЛС3	Контроль подключения машин М2 и М3
П4	Командоаппарат с тремя коммутируемыми цепями
	Рис.1. Электрическая принципиальная схема панели силовой (силовые цепи)
Рис.2. Принципиальная электрическая схема панели силовой (цепи управления)

На панели управления также установлены:

· В3 - автоматический выключатель напряжения питания стенда = 220 В с сигнальной лампой;

· Узел формирования момента нагрузки.

Формирование момента нагрузки (момента сопротивления) на валу испытуемой машины М1 (М4) осуществляется нагрузочной машиной М2 (М3), якорная цепь которой подключается к тиристорному преобразователю ТП2. Обмотка возбуждения нагрузочной машины М2 (М3) получает питание от независимого источника постоянного напряжения =220В, поэтому момент, развиваемый нагрузочной машиной, будет пропорционален величине выпрямленного тока ТП2 (якорного тока нагрузочной машины). Управление преобразователем ТП2 осуществляется от узла формирования момента нагрузки. Выбор режима работы тиристорного преобразователя ТП2 осуществляется переключателем ПП4 «Реж. ТП2», которым выбирается один из режимов работы: «РИТ» - регулируемый источник тока, или «РИН» - регулируемый источник напряжения.

В режиме «РИН» цепи управления ТП2 выведены на панель регуляторов. При этом величина напряжения U_УПР2 определяет величину выпрямленного напряжения ТП2, а полярность напряжения на входе логического переключающего устройства U_ЛПУ2 – направление протекания выпрямленного тока I_d2.

В режиме «РИТ» управление ТП2 передается ячейке формирования момента, в состав которой входит пропорционально – интегральный регулятор тока (ПИ – РТ). Замкнутый контур регулирования тока ТП2 обеспечивает формирование выпрямленного тока, пропорционального сигналу задания тока, причем величина тока практически не зависит от скорости вращения нагрузочной машины. Этим обеспечивается точное формирование момента нагрузки в функции сигналов управления ячейки формирования нагрузки независимо от режима работы испытуемого двигателя.

Момент сопротивления на валу испытуемого двигателя складывается из момента нагрузочной машины и момента потерь агрегата и определяется выражением:

где: k – конструктивная постоянная нагрузочной машины, Вс;

Ф – магнитный поток нагрузочной машины, Вб;

I_С – статический ток, А;

k_М, U_ЗМ – коэффициент пропорциональности и напряжение задания момента нагрузки;

k_ω, ω – коэффициент пропорциональности и угловая скорость вращения агрегата;

∆М_П – момент потерь агрегата, Нм.

Магнитный поток Ф формируется током возбуждения и определяется по кривым намагничивания машин. Величина тока I_С задается вручную потенциометром R15 «Задание Мс», а направление тока - переключателем ПП3 «+» М_С «–». Величина коэффициента k_М – выбирается точками подключения напряжения «U_ЗМ» 1, 2 и 3, причем при величине U_ЗМ = 10В задается ток ТП2 величиной 5, 10 и 15 А соответственно подключаемым точкам 1, 2 и 3. Сигнал «U_ЗМ» применяется для автоматического формирования момента нагрузки в функции напряжения. Например, для формирования реактивного момента сопротивления, соответствующего току нагрузочной машины 10 А, достаточно сигнал, пропорциональный скорости U_ТГ, завести на панель регуляторов и через операционный усилитель, работающий в режиме компаратора, подключить к точке 2 «U_ЗМ».

Величина коэффициента k_ω регулируется потенциометром R14 «Регулир. Мс», а его знак выбирается переключателем ПП2 «+» ω «-». Переключателем ПП1 «Рег. Мс» выбирается машинный агрегат, от скорости которого должен изменяться момент нагрузки М_С (от напряжения ТГ1 или ТГ2).

Совместная регулировка R14, R15 и U_ЗМ позволяет формировать сложные функциональные зависимости момента нагрузки и проводить исследование работы испытуемой машины в режимах, приближенных к производственным.

1. Панель регуляторов

Панель регуляторов ПР выполняет основное функциональное назначение стенда. На этой панели собирается схема системы управления электроприводом, осуществляется ее наладка и исследование работы. На панель регуляторов вынесены входные и выходные цепи сельсинов – датчиков СД1 и СД2, сельсина – трансформатора СТ, сельсинного командоаппарата СКАР, фазовыпрямляющего устройства ФВУ, задатчика интенсивности ЗИ, четырех операционных усилителей ОУ1 – ОУ4, работающих в режиме регуляторов, трех операционных усилителей общего назначения ОУ5 – ОУ6. В нижней части панели ПР вынесены цепи управления ТП1 и ТП2, выходные сигналы датчиков тока ДТ1 – ДТ3 и датчика напряжения ДН. Вольтметры V7 и V8 служат для контроля напряжения в системе управления, а свободные гнезда – для размножения сигналов.

Операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении реализованы на интегральных микросхемах серии К140УД6 с напряжением питания ± 15В. Выходное напряжение ОУ не превышает 11,5 В на сопротивлении нагрузки ≤ 2 кОм. Усилители общего назначения ОУ5 – ОУ7 позволяют реализовать схемы выделения модуля, инвертора, компаратора, релейного элемента. На усилителях ОУ1 – ОУ4 собираются схемы пропорционального, интегрального, дифференциального, апериодического регуляторов и их возможных комбинаций. Галетные переключатели обеспечивают дискретную установку параметров цепей обратных связей ОУ с коэффициентом усиления пропорциональной части 0,05 – 50 и постоянной интегрирования в пределах от 3 мс до 1 с. Во входных цепях ОУ на потенциометрах установлены делители напряжения, обеспечивающие плавную подстройку входных напряжений в пределах от 40% до 100%. Включение ОУ в работу в замкнутой системе регулирования осуществляется размыканием контактов К1 в цепях обратных связей ОУ после подключения ТП1 к нагрузке контактором Кл3. Включение напряжения питания 15 В для питания ОУ и переменного напряжения 85 В ля питания обмоток сельсинов осуществляется тумблером, установленном в правом верхнем углу панели ПР.

1. Панель контакторов

Панель контакторов состоит из наборных полей релейно - контакторного управления электроприводом, дополнительных ячеек и возможности применения микропроцессорного устройства.

Релейно – контакторное управление предназначено для реостатного управления пуско – тормозными режимами в функции времени и скорости электроприводов постоянного и переменного тока. На панели контакторов имеется возможность применения контакторов: направления В и Н (вперед и назад), Д (динамического торможения), П (противовключения), 1У и 2У (ускорения), и реле: РН (напряжения), РБ (блокировочное) РД (динамического торможения), 1РУ и 2РУ (реле времени или ускорения), РКС (контроля скорости), РП (противовключения). На панели также выведены кнопки «Пуск» и «Стоп», и контакты конечных выключателей КВВ и КВН (для направления вперед и назад), и имеется возможность включения резисторов динамического торможения R_ДТ, противовключения R1, и пусковых R2 и R3. В таблице 3 приведены значения сопротивлений резисторов лабораторного стенда.

Таблица 3 Значения сопротивлений резисторов стендов

Обозначение	Номер стенда	Контактор
R1, Ом	8,44	9,93	7,93	11,57	П
R2, Ом	5,96	4,17	5,05	5,1	1У
R3, Ом	2,74	2,26	2,44	2,4	2У
RДТ, Ом	10,7	8,5	14,65	8,3	Д
Ra, Ом	0,573	0,916	1,43	0,916	В,Н

1. Электробезопасность стенда

Для питания лабораторного стенда применяют трехфазные напряжения 380 В и 220 В переменного тока и напряжение 220В постоянного тока. Величины этих напряжений являются опасными для жизни. Напряжение ~ 380 В с глухозаземленной нейтралью применяется только для питания системы импульсно – фазового управления (СИФУ) тиристорных преобразователей ТП1 и ТП2 и на лицевые панели стенда не выводится. Напряжение ~ 220 В применяется для питания силовых выпрямительных мостов ТП1 и ТП2 и статора асинхронного двигателя М4. На силовую панель ПС это напряжение выведено на универсальные зажимы для подключения статора М4 и для повышения электробезопасности выполнено с изолированной нейтралью. В этом случае прикосновение к одной фазе и корпусу лабораторного стенда не приведет к поражению электрическим током. Напряжение = 220В имеет индивидуальный выпрямитель, изолированный от корпуса лабораторного стенда и от земли, поэтому прикосновение к одному полюсу и корпусу стенда также не приведет к поражению электрическим током.

При выполнении лабораторных работ, исходя из условий электробезопасности, необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО ВЫПОЛНЯТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ПРАВИЛА:

Ø собирать, изменять или разбирать схему следует ТОЛЬКО ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ СТЕНДА АВАРИЙНОЙ КНОПКОЙ АК1, при этом должны погаснуть ВСЕ сигнальные лампы на панели управления ПУ;

Ø при сборке и разборке силовой схемы ЗАКРУЧИВАТЬ ИЛИ ОТКРУЧИВАТЬ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ЗАЖИМЫ ТОЛЬКО ОДНОЙ РУКОЙ, придерживая другой рукой гибкий соединительный проводник не касаясь соседних зажимов;

Ø ПРИ ГОРЯЩИХ СИГНАЛЬНЫХ ЛАМПАХ на панели управления ПУ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛОВОЙ СХЕМЫ КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНЫ;

Ø включение лабораторного стенда и проведение исследований можно выполнять ТОЛЬКО ПОСЛЕ ПРОВЕРКИ СОБРАННОЙ СХЕМЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ.

1. Защиты универсального лабораторного стенда

Защита цепей при коротких замыканиях и перегрузках по току осуществляется автоматическими выключателями В1, В2 и В3, которые имеют встроенные максимальные и тепловые токовые расцепители.

Защита цепей при коротких замыканиях и перегрузках по току в цепях выпрямления преобразователей ТП1 и ТП2 обеспечивается максимальными токовыми реле РМ1 и РМ2, которые своими контактами отключают катушки линейных контакторов КЛ3 и КЛ4 при протекании тока свыше 30 А.

Исключение аварийных токов при замыкании линейных контактов КЛ3 (КЛ4) при наличии напряжения на выходе преобразователя ТП1 (ТП2) обеспечивает реле ЭДС РЭ1 (РЭ2), катушка которого подключена параллельно линейному контакту КЛ3 (КЛ4). Замыкание контактов КЛ3 или КЛ4 возможно только при напряжении на катушке реле ЭДС менее 30 В, в этом случае при подключении якорной обмотки бросок тока не превышает 30 А.

Защита операционных усилителей при исчезновении одного из каналов питающего напряжения +15 В или -15 В обеспечивают реле защиты питания РЗП, которые отключают катушку контактора питания КП, подающего напряжение ~220 В на источник питания ИП.

Защита от перегрева асинхронного двигателя М4 обеспечивается тепловыми реле РТ1 и РТ2, отключающими катушку контактора КЛ5 при протекании длительного тока статора, превышающего 20 А.

1. Порядок включения универсального лабораторного стенда

Безаварийная работа УЛС и необходимая последовательность включения стенда обеспечивается необходимыми блокировками в цепях управления.

Напряжение ~380 В подключается автоматическим выключателем В1 для питания СИФУ преобразователей ТП1 и ТП2, поэтому его необходимо включать до подачи напряжения на выпрямительные мосты преобразователей. Напряжение ~220 В подключается автоматическим выключателем В2 и используется для питания силовых мостов преобразователей, источника питания ИП операционных усилителей ±15 В и статорной обмотки асинхронного двигателя М4, поэтому его необходимо включать до подключения нагрузки к цепям ТП1 и ТП2.

Напряжение =220 В подключается автоматическим выключателем В3 и применяется для питания якорной обмотки машины М1 при исследовании схем контакторного управления двигателем М1, обмоток возбуждения машин М1, М2, М3 и для питания цепей управления стенда, поэтому включение стенда начинается с последовательного включения автоматических выключателей В1, В2, В3, причем автомат В1 включают лишь при использовании в лабораторной работе преобразователей ТП1 или ТП2.

Затем кнопкой К1 «ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ» включается реле напряжения РН3, которое своими контактами подает напряжение на цепи управления стенда, на разрядный диод VD2 и силовые цепи =220 В. Диод VD2 служит для снятия перенапряжений в цепи =220 В при отключении обмоток возбуждения. Если включены автоматические выключатели В2 и В3 и есть напряжения переменного тока 380 В и 220 В, то срабатывают реле напряжения РН1 и РН2. В этом случае обеспечивается правильная последовательность включения УЛС.

Кнопкой К2 «ПУСК М4» включается контактор КЛ5, который подает напряжение ~ 220В на статорную обмотку М4. Кнопкой К3 «ПИТАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ» включается контактор КП, подключающий стабилизированные источники питания ±15 В к напряжению ~220 В.

Тиристорный преобразователь ТП1 (ТП2) включается в следующей последовательности:

Ø Кнопкой К4 (К5) «ВКЛ ~220 В» включается линейный контактор КЛ1 (КЛ2), подающий напряжение на мосты преобразователя;

Ø Кнопкой К6 (К7) «ВКЛ. ТП1 (ТП2)» включается линейный контактор КЛ3 (КЛ4в цепи выпрямления преобразователя;

Ø Если не произошло включение преобразователя (не загорелась сигнальная лампа ЛС7 (ЛС8) под кнопкой К6 (К7), значит нарушена последовательность включения или не включен источник питания ±15 В, или реле ЭДС РЭ1 (РЭ2) блокирует включение преобразователя и необходимо снизить до нуля напряжение на выходе ТП, уменьшая напряжение управления на и (или) изменяя полярность U_ЛПУ.

В процессе работы стенда броски выпрямленного тока более 30 А приведут к срабатыванию максимальных токовых реле РМ1 или РМ2 и отключению линейных контактов контакторов КЛ3 или КЛ4. повторное включение стенда можно проводить только после анализа аварийного режима и устранения вызвавших его причин.

Для отключения стенда используют аварийные кнопки АК1 и АК2. Кнопка АК2 используется для отключения контактов КВ «ВКЛ. ВОЗБУЖДЕНИЯ» цепей выпрямления преобразователей и применяется для рабочих отключений, связанных с остановкой агрегатов и отключения преобразователей. Выполнять ИЗМЕНЕНИЯ силовой схемы после отключений кнопкой АК2 КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ, т.к. на силовой панели не везде снято напряжение. Ладонная аварийная кнопка АК1 отключает цепи управления и ВСЕ силовые контакторы и применяется при аварийном или рабочем отключении стенда для изменения или разборки схемы.

Дата добавления: 2014-12-07