Руководство по выполнению базовых экспериментов

П. Н. Сенигов, М. А. Карпеш, И. Л. Красногорцев. Учебный лабораторный комплекс «Силовая электроника». Руководство по выполнению базовых экспериментов.
Под редакцией к. т. н., доцента П. Н. Сенигова. - Челябинск: ООО «Учебная техника»,
2003. - 173 с.

Описаны состав и отдельные компоненты учебного лабораторного комплекса «Силовая электроника». Представлены электрические схемы соединений, перечни аппаратуры и указания по проведению базовых экспериментов.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных занятий в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях, а также на курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.

Ó ООО «Учебная техника», 2003

Содержание

Введение. 5

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах. 7

Описание и технические характеристики электромашинной нагрузки. 9

Описание и технические характеристики функциональных блоков. 11

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра. 14

Порядок работы с программным обеспечением.. 15

План рекомендуемого размещения функциональных блоков в рамах лабораторных столов 16

1. Выпрямители. 17

1.1. Натурное моделирование электрической сети переменного тока. 18

1.2. Натурное моделирование основных схем неуправляемых и управляемых выпрямителей. 23

1.3. Натурное моделирование нагрузок выпрямителей. 33

1.4. Определение регулировочных характеристик U_d = f(a), U_d = f(U_у )
трехфазного мостового управляемого выпрямителя, работающего на
активно-индуктивную нагрузку. 37

1.5. Определение естественной внешней характеристики U_d = f(I_d) трехфазного
мостового управляемого выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. 41

1.6. Определение параметров и показателей, характеризующих условия работы
вентилей в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе, работающем на
активно-индуктивную нагрузку. 45

1.7. Определение параметров и показателей, характеризующих работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку. 51

1.8. Определение гармонических составов выпрямленного напряжения и
потребляемого из питающей сети тока трехфазного мостового
управляемого выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. 57

1.9. Автоматическое управление режимом работы на активно-индуктивную нагрузку трехфазного мостового выпрямителя. 63

1.10. Регистрация и отображение режимных параметров при коротком замыкании в
трехфазном мостовом неуправляемом выпрямителе, работающем на
активно-индуктивную нагрузку. 69

1.11. Натурное моделирование трехфазного мостового управляемого выпрямителя,
работающего в режиме источника тока на активно-индуктивную нагрузку. 74

2. Сглаживающие фильтры.. 78

2.1. Натурное моделирование сглаживающих фильтров на RLC-пассивных элементах. 79

2.2. Определение коэффициента сглаживания Г-образного LC-фильтра в цепи
постоянного тока трехфазного мостового управляемого выпрямителя,
работающего на активно-индуктивную нагрузку. 85

3. Зависимые инверторы.. 90

3.1. Натурное моделирование источника постоянного тока зависимого инвертора. 91

3.2. Натурное моделирование основных схем зависимых инверторов. 94

3.3. Определение естественной входной характеристики U_d = f(I_d) трехфазного
мостового зависимого инвертора. 100

3.4. Определение параметров и показателей, характеризующих работу
трехфазного мостового зависимого инвертора. 104

3.5. Автоматическое управление режимом работы трехфазного мостового инвертора. 110

3.6. Регистрация и отображение режимных параметров при опрокидывании
однофазного мостового инвертора. 117

4. Выпрямительно-инверторные преобразователи. 123

4.1. Натурное моделирование параллельной работы трехфазных мостовых
неуправляемого выпрямителя и инвертора на статическую нагрузку
с противо-э.д.с. 124

4.2. Натурное моделирование параллельной работы однофазных мостовых
неуправляемых выпрямителя и инвертора на машину постоянного тока. 130

5. Реверсивные преобразователи. 137

5.1. Натурное моделирование работы на двигатель постоянного тока реверсивного преобразователя с совместным управлением.. 138

5.2. Натурное моделирование работы на двигатель постоянного тока реверсивного преобразователя с управлением от компьютера. 142

6. Преобразователи частоты с непосредственной связью.. 149

6.1. Натурное моделирование работы на активно-индуктивную нагрузку
трехфазно-однофазного преобразователя частоты с непосредственной связью,
выполненного по схеме со средней точкой. 150

6.2. Натурное моделирование работы на активно-индуктивную нагрузку
трехфазно-однофазного преобразователя частоты с непосредственной
связью, выполненного по мостовой схеме. 156

7. Тиристорные регуляторы переменного напряжения. 162

7.1. Определение параметров и показателей, характеризующих работу на
активно-индуктивную нагрузку однофазного регулятора переменного напряжения. 163

7.2. Автоматическое регулирование напряжения на трехфазной нагрузке с помощью статического тиристорного компенсатора реактивной мощности. 168

Введение

В настоящем Руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые на учебном лабораторном комплексе «Силовая электроника». В ходе их воспроизводится работа выпрямителей, сглаживающих фильтров, инверторов, выпрямительно-инверторных преобразователей, реверсивных преобразователей, преобразователей частоты с непосредственной связью и тиристорных регуляторов переменного напряжения.

Учебный лабораторный комплекс предназначен для проведения лабораторных работ по одноименной и родственным дисциплинам в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.

Комплекс также может быть использован на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.

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

спроектированные с учебными целями натурные аналоги элементов выпрямительно-инверторных преобразователей;

источники питания;

нагрузки;

измерительные преобразователи и приборы;

IBM-совместимый персональный компьютер со встроенной платой ввода/вывода информации фирмы National Instruments;

составной лабораторный стол со встроенными контейнерами для хранения проводников и методических материалов, рамами 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 В×А, не более…………………………... 1000

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

Масса, кг, не более……………………………………………….. 250

Программная часть комплекса включает:

программную среду персонального компьютера (Windows 98/2000/XP);

комплект специальных программ.

Методическая часть комплекса включает настоящее руководство как комплект материалов для подготовки к проведению лабораторных работ.

Программно-методическому комплексу «Силовая электроника» присущи следующие качества.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, которая выражается в возможности воспроизведения не только базовых экспериментов, но и более широкого круга задач моделирования с использованием существующего программного обеспечения.

ГИБКОСТЬ, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекса сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента.

НАГЛЯДНОСТЬ результатов моделирования, которая обеспечивается их отображением на мониторе компьютера в удобной для пользователя форме.

НАДЁЖНОСТЬ, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, которая обеспечена выполнением элементов классом защиты от поражения электрическим током 01 и I, а также применением устройства защитного отключения.

КОМПАКТНОСТЬ, которая обеспечена малой установленной мощностью элементов и использованием только требуемых для данного эксперимента блоков и приборов.

СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН комплекса с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики.

На комплексе может активно работать бригада из 2-3 студентов.

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах

Количество аппаратуры определённого типа, используемой в конкретных экспериментах, приведено в таблице 1.

Таблица 1

Тип аппаратуры	Номер эксперимента
1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	1.10	1.11	2.1	2.2	3.1	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6	4.1	4.2
101.1
102.1
201.2
207.2
207.3
306.1
314.2
317.2
318.1
323.2
324.2
333.2
336.1
402.1
506.2
509.2

Продолжение таблицы 1

Тип аппаратуры	Номер эксперимента
5.1	5.2	6.1	6.2	7.1	7.2
101.1
102.1
201.2
207.2
207.3
306.1
314.2
317.2
318.1
323.2
324.2
333.2
336.1
402.1
506.2
509.2

Описание и технические характеристики электромашинной нагрузки

Электромашинная нагрузка с маховиком ЭМНМ1 (далее - нагрузка) предназначена для использования в качестве двигательной нагрузки постоянного или переменного тока, получения сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение подвижных частей нагрузки. Она включает соединенные между собой и установленные на едином основании:

машину постоянного тока;

асинхронный двигатель;

маховик;

преобразователь угловых перемещений.

Концы обмоток машины постоянного тока и асинхронного двигателя выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам.

Машина постоянного тока (тип 101.1)
Номинальная мощность, Вт
Номинальное напряжение якоря, В
Номинальный ток якоря, А	0,56
Номинальная частота вращения, мин^–1
Возбуждение	независимое
Номинальное напряжение возбуждения, В
Номинальный ток обмотки возбуждения, А	0,2
КПД, %	57,2
Направление вращения	реверсивное
Режим работы	двигательный/генераторный
Асинхронный двигатель (тип 106)
Номинальная частота тока, Гц
Число фаз на статоре
Схема соединения обмоток статора	Yо / D
Направление вращения	реверсивное
Номинальная полезная активная мощность, Вт
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток статорной обмотки, А	0,44 / 0,76
КПД, %
Cosjн	0,66
Номинальная частота вращения
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)
Модель	ВЕ 178А
Количество выходных каналов
Выходные сигналы	серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин^-1	0..6000
Маховик (тип 105.1)
Момент инерции, н×м×с^2	0,009
Класс защиты от поражения электрическим током
Габаритные размеры, мм, не более
- длина
- ширина
- высота
Масса, кг, не более	22,5

Описание и технические характеристики функциональных блоков

Таблица 2

Наименование и описание	Параметры	Тип	Ширина, мм
Трехфазный источник питания Предназначен для питания комплекса трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения.	400 В ~; 16 А Ток срабатывания УЗО - 30 mA	201.2
Тиристорный преобразователь/регулятор Предназначен для моделирования одно- и трехфазных тиристорных преобразователей, реверсивного трехфазного преобразователя, регулятора трехфазного напряжения. Управляется вручную или дистанционно/автоматически (от ПЭВМ).	3´400 В ~ / 2 А 6 тиристоров	207.2
Тиристорный преобразователь/регулятор Предназначен для моделирования одно- и трехфазных тиристорных преобразователей, реверсивного трехфазного преобразователя, регулятора трехфазного напряжения. Управляется вручную или дистанционно/автоматически (от ПЭВМ). Имеет датчик тока.	3´400 В ~ / 2 А 6 тиристоров, датчик тока	207.3
Трехполюсный выключатель Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического (от ПЭВМ) включения / отключения электрических цепей.	400 В ~; 10 А
Терминал Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам управления функциональных блоков.	6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
Активная нагрузка Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной мощности. Регулируется вручную.	220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт;	306.1
Линейный реактор Предназначен для моделирования продольной индуктивности однофазной/трехфазной электрической сети	0,5 А; 50 Гц; 0,3 Гн/9 Ом	314.2

Продолжение таблицы 2

Емкостная нагрузка Предназначена для моделирования опережающей реактивной мощности в электрической системе	220/380 В; 50 Гц; 3х40 Вар	317.2
Регулируемый автотрансформаторПредназначен для получения регулируемого однофазного напряжения.	220 / 0..240 В; 2А	318.1
ВыпрямительПредназначен для выпрямления трехфазного или однофазного напряжения.	Трехфазный мост 3х400 В / 2 А
РеостатПредназначен для моделирования активного сопротивления.	2´0..100 Ом / 1 А	323.2
Индуктивная нагрузка Предназначена для моделирования потребителя отстающей реактивной мощности в электрической системе	220/380 В; 50Гц; 3х40 Вар	324.2
Коннектор Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам платы ввода/вывода PCI 6024E (PCI 6023E) персонального компьютера.	8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/выходов
Блок ввода/вывода цифровых сигналов Предназначен для ввода сигналов типа «сухой контакт» и вывода сигналов через контакты промежуточного реле	8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
Блок диодов Предназначен для моделирования диодов.	2 А / 800 В 6 диодов
Преобразовательный трансформатор Предназначен для преобразования трехфазного или однофазного переменного напряжения в переменное напряжение других параметров. Регулируется ступенчато вручную.	Первичная обмотка: Y – 380 В / 320 В∙А; 2 вторичные полуобмотки: 0,5 А каждая / номинальные фазные напряжения: 42, 73, 127 В	333.2
Уравнительный реакторПредназначен для ограничения уравнительного тока.	2х0,5 А	336.1

Продолжение таблицы 2

Сглаживающий конденсаторПредназначен для сглаживания выпрямленного постоянного напряжения.	350 В / 1000 мкФ
Блок дросселейПредназначен для моделирования индуктивности. Регулируется ступенчато вручную.	2´3 Гн / 0,5 А
Блок датчиков тока и напряжения Предназначен для получения нормированных гальванически не связанных с сетью сигналов, пропорциональных токам и напряжениям.	3 измерительных преобразователя "ток-напряжение" 3 А/3 В; 3 измерительных преобразователя "напряжение-напряжение" 600 В / 3 В	402.1	142,5
Указатель частоты вращения Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в аналоговой форме. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ.	2000…0…2000 мин^-1	506.2	142,5
Блок мультиметров Предназначен для измерения токов, напряжений, активного сопротивления. В состав блока входят два цифровых мультиметра с жидкокристаллическим дисплеем.	0…1000 В ; 0…10 А ; 0…20 Мом	509.2
Персональный компьютер Предназначен для сбора, обработки и отображения данных режима работы комплекса, а также для автоматизированного управления последним.	IBM-совместимый Windows 9*, плата PCI 6024E		—

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

Для измерения трех базовых электрических величин (напряжения, тока и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

установка рода тока (постоянный/переменный);

выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

правильное подсоединение зажимов мультиметра к измеряемой цепи.

Дата добавления: 2015-05-06