Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 icon

Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010



НазваниеИсследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010
страница1/3
Дата конвертации24.07.2012
Размер378,96 Kb.
ТипИсследование
скачать >>>
  1   2   3


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Московский Государственный институт электроники и математики

(Технический университет)


Кафедра «Управление и информатика

в технических системах »


ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплине

«ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ»


Москва 2010

Составители: к.т.н., проф. Фалк Г.Б.

к.т.н., доц. Денисова Т.С.

к.т.н., доц. Ваганова М.Ю.

к.т.н., докторант Володин С.М.

аспирант Шабанов Н.С.


Основным содержанием работы является обучение по теме «Электромеханические устройства и системы переменного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик трехфазных асинхронных двигателей и электроприводов типа «Преобразователь частоты – трехфазный асинхронный двигатель», в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности «Управление и информатика в технических системах» – 220100.

УДК 65.011.56


Исследование частотного асинхронного электропривода с применением ПЭВМ: метод. указания к лаб. работе по дисциплине “Электромеханические устройства и системы”/ Моск. Гос. институт электроники и математики; сост. Г.Б. Фалк, Т.С. Денисова, М.Ю. Ваганова, С.М. Володин, Н.С.Шабанов, 2010, с.32, рис.10,табл.5.


1. Описание предметной области

Предметом исследования являются:

  • основные статические и динамические характеристики трехфазных асинхронных двигателей малой мощности с короткозамкнутым ротором при питании от источника переменного тока промышленной частоты;

  • основные регулировочные характеристики разомкнутых и замкнутых частотных электроприводов с трехфазными асинхронными двигателями.

1.1 Конструкция, принцип действия и характеристики трехфазных асинхронных машин


Конструкция. На рис.1 представлена конструктивная схема трехфазной машины с короткозамкнутым ротором типа "беличьей клетки". Внутри корпуса 1, отлитого из стали, чугуна или сплавов алюминия, закреплен неявнополюсный магнитопровод статора 2, набранный из листовой электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Листы штампуются с пазовыми отверстиями и в собранном магнитопроводе на внутренней поверхности образуются пазы для укладки обмотки. Трехфазная обмотка статора 3 обычно выполняется распределенной, т.е. состоит из отдельных катушек, расположенных в пазах вдоль всей окружности статора. У трехфазной обмотки на внешнюю панель выводов либо выходят все 6 выводов, либо обмотки фаз соединяются внутри машины по схеме “звезда” или “треугольник” и на панель выходят 3 вывода. Обмотка статора предназначена для создания вращающегося магнитного поля машины. Магнитопровод ротора 4 выполняется в виде цилиндра, набранного из листовой электротехнической стали с пазами на внешней поверхности. Обмотка ротора 5 типа "беличьей клетки" состоит из неизолированных алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах и замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Наиболее часто "беличью клетку" с кольцами получают путем заливки алюминия под давлением в пазы ротора.



Рис.1.Конструкция асинхронного двигателя

Принцип действия. Принцип работы асинхронных машин связан с понятием вращающегося магнитного поля. Обмотка, создающая вращающееся поле, представляет собой N-фазную систему, т.е. состоит из N обмоток, которые сдвинуты друг относительно друга в пространстве и по которым протекают токи, сдвинутые во времени. Каждая из обмоток фаз создает пульсирующий поток (неподвижный в пространстве и изменяющийся во времени), сдвинутый относительно других в пространстве и во времени. Если все обмотки фаз имеют одинаковое число витков и сдвинуты в пространстве на одинаковый пространственный угол , токи имеют одинаковую амплитуду Im и частоту f и сдвинуты во времени на одинаковый угол , то результирующее магнитное поле будет круговым. Это означает, что поток представляет собой вектор постоянной длины, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Условия образования кругового магнитного поля в трехфазной машине (N=3) примут вид  = 120 0 ;  = 120 0; Im1 = Im2 = Im3.

Угловая скорость магнитного поля, называемая синхронной скоростью машины переменного тока, будет равна (рад/с) 1 = 2f / рм, где рм - число пар полюсов обмотки.

Синхронная частота вращения (об/мин) n1 = 60 f / рм.

Если изменить порядок чередования любых двух обмоток фаз, то вектор магнитного поля будет вращаться в противоположную сторону.

Принцип действия асинхронной машины основан на электромагнитном взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в роторе. Поскольку наведение ЭДС в роторе возможно только при неравенстве угловых скоростей ротора 2 и магнитного поля статора 1, то условие 2 1 является обязательным для создания электромагнитного момента в любом режиме работы асинхронной машины. В качестве характеристики этого неравенства вводится понятие скольжения:



Работу асинхронной машины рассмотрим на примере машины с короткозамкнутым ротором (рис.2). Пусть магнитное поле статора Ф1 и ротор вращаются в одну сторону и w2 < w1. Направление ЭДС e2 ,наводимой в роторе, определяется по мнемоническому правилу правой руки. Токи ротора i2 во взаимодействии с полем статора создают электромагнитные силы Fэм, направление которых определяется по мнемоническому правилу левой руки.




Рис. 2.Принцип работы асинхронного двигателя


Электромагнитный момент Мэм, создаваемый этими силами, направлен в сторону вращения ротора и разгоняет его в сторону поля, электрическая энергия сети преобразуется в механическую энергию на валу ротора, т.е. машина работает в режиме двигателя. Электромагнитный момент, развиваемый двигателем при неподвижном роторе, является пусковым моментом. Угловая скорость, до которой разгоняется ротор, тем больше, чем меньше момент нагрузки на валу двигателя. При отсутствии нагрузки угловая скорость 2 стремится к 1, но в реальных машинах никогда не достигает ее, т.к. при 2 = 1 проводники ротора не пересекают поле и Мэм = 0, а момент сопротивления нулю не равен - его создают силы трения в двигателе. Следовательно, теоретический диапазон работы асинхронной машины в режиме двигателя 2 = 0  1, s = 1  0.

Электромагнитный момент и механическая характеристика. Механическая характеристика двигателя – это зависимость электромагнитного момента, развиваемого двигателем, от угловой скорости ротора. График характеристики изображен на рис.3.

Такой вид характеристики легко поясняется с помощью формулы электромагнитного момента Mэм = k Фм I2 cos y2 , где k– конструктивный коэффициент, зависящий от числа фаз, числа полюсов и числа витков в фазе обмотки статора.

Как видно, электромагнитный момент прямо пропорционален основному магнитному потоку Фм и активной составляющей тока ротора I2 cos y2. При этом основной поток определяется напряжением питания и не зависит от нагрузки, а ток ротора I 2 и его фаза относительно ЭДС ?2 зависят от скольжения и соответственно от нагрузки.




Рис. 3.Механическая характеристика асинхронного двигателя


Считается, что двигатель в разомкнутом приводе работает устойчиво, если после снятия возмущения он автоматически возвращается в исходную рабочую точку на механической характеристике.

Теоретически установившийся режим работы двигателя возможен в точках А1 и А2, где МэмстА. Пусть двигатель работает с нагрузкой МстА=const в точке А1 и появляется возмущение, приводящее к увеличению угловой скорости 2. Тогда двигатель создает вращающий момент, соответствующий точке A?1, а нагрузка – момент сопротивления, соответствующий точке A1. При этом Мэмст, в соответствии с уравнением равновесия моментов угловая скорость 2 уменьшается и двигатель возвращается в точку А1. Возврат в точку А1 будет происходить и при отрицательном приращении скорости (точка А??1). Если двигатель работает c нагрузкой в точке A2, то при возмущении, приводящем к увеличению скорости, двигатель создает вращающий момент, соответствующий точке A?2, а нагрузка – момент сопротивления, соответствующий точке A2. При этом Мэмст и угловая скорость продолжает увеличиваться, двигатель уходит от точки А2. Возврата в точку А2 не происходит и при отрицательном приращении скорости (точка А??2 ). В этом случае скорость будет продолжать уменьшаться вплоть до остановки двигателя.

Следовательно в точке А1 двигатель работает устойчиво, а в точке А2 – неустойчиво. Легко показать, что при Мст=const устойчивая работа двигателя обеспечивается только на участке от до 2кр. Участок от 2кр до 0 является неустойчивым. Рабочий диапазон моментов и скоростей электроприводов с асинхронными двигателями выбирается в пределах устойчивой части механической характеристики двигателя.

В пределах рабочего участка происходит саморегулирование двигателя. Увеличение момента сопротивления на валу двигателя от Мст.в до Мст.с приводит к уменьшению угловой скорости ротора от 2в до 2c, увеличению ЭДС и тока, наводимых в роторе вращающимся полем, и, соответственно, росту электромагнитного момента до значения, равного новому значению момента сопротивления (переход из точки В в точку С на механической характеристике).

Динамические режимы.

Пуск. Условием пуска двигателя является неравенство Мпст ; если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. При пуске (2 = 0, S =1) ток в роторе достигает наибольшего значения. Соответственно велики пусковые токи в обмотке статора и токовые перегрузки в питающей сети.

У асинхронных двигателей малой мощности и специальных двигателей с повышенным критическим скольжением обычно кратность пускового тока (отношение пускового тока к номинальному) Кiп=< 6 и допускается непосредственное включение двигателя в сеть. Если Кiп > 6 или требуется более сильно ограничить пусковой ток, то приходится применять специальные способы пуска. У двигателей с короткозамкнутым ротором это в основном способы пуска при пониженном напряжении питания. По мере разгона ротора токи в обмотках уменьшаются и напряжение может быть повышено до номинального значения. Недостатком способов пуска при пониженном напряжении является то, что пропорционально квадрату фазного напряжения уменьшается пусковой момент.

Реверсирование двигателя. Изменение направления вращения ротора осуществляется изменением направления вращения поля статора. Для этого достаточно поменять местами выводы двух любых фаз.

Торможение двигателя. Для быстрой остановки двигателя могут применяться различные способы электрического торможения: рекуперативное, торможение противовключением и динамическое торможение.

Торможение противовключением происходит в том случае, когда магнитное поле статора вращается в одном направлении, а ротор в противоположном. При этом угловая скорость ротора и создаваемый двигателем момент имеют противоположные знаки. Основным способом перевода работающего двигателя в этот режим является переключение любых двух фаз статора. При этом изменяется направление вращения магнитного поля и двигатель переходит из точки А (рис.4; характеристика I) в точку В (характеристика2).



Рис. 4.Торможение противовключением асинхронного двигателя


Электромагнитный момент Мэм изменяет знак, т.е. становится тормозным, и угловая скорость ротора, продолжающего по инерции вращаться в прежнем направлении, быстро уменьшается. Если в точке С двигатель отключить от сети, ротор остановится. В противном случае произойдет реверсирование двигателя - ротор начнет вращаться в противоположном направлении и перейдет в установившийся режим в точке D.


1.2 Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя изменением частоты напряжения питания

Принцип частотного управления. У трехфазных асинхронных двигателей наиболее перспективным способом плавного регулирования является изменение частоты f1 напряжения питания ?2=(1 - s)?=(1-s)(2?f1/pм).

При этом следует иметь в виду, что для наилучшего использования двигателя изменение частоты должно сопровождаться изменением амплитуды напряжения питания U1. Объясняется это тем, что при неизменной амплитуде напряжения и регулировании частоты обратно пропорционально частоте изменяется магнитный поток машины Фм. Уменьшение f1 вызовет увеличение Фм, что может привести к насыщению магнитопровода, резкому возрастанию намагничивающего тока и перегреву как стали, так и обмоток статора. Увеличе­ние f1 приводит к уменьшению Фм, что при Мст=const вызовет рост тока в роторе и, соответственно, перегрев ротора при недоиспользовании стали.

Закон изменения напряжения зависит от изменения частоты питания и характера нагрузки. Например, если статический момент нагрузки Мст не зависит от скорости, то необходимо при регулировании частоты f1 так изменять напряжение U1, чтобы обеспечить (U1 /f1 )= const.

Преобразователи частоты. Силовые преобразователи частоты и амплитуды напряжения для частотного управления асинхронными двигателями выполняются в настоящее время на силовых полупроводниковых элементах. Преобразователи частоты можно разделить на две основные группы: преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и преобразователи с непосредственной связью первичной и вторичной цепей.

Широкое распространение получили преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока. В рассматриваемых преобразователях переменное напряжение питающей сети выпрямляется, фильтруется и подается на управляемый инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой. Выпрямители преобразователей в свою очередь могут быть управляемые и неуправляемые.

В преобразователе частоты (ПЧ) с управляемым выпрямителем УВ (рис.5,а) напряжение U1~, подаваемое на двигатель АД, регулируется по амплитуде за счет изменения напряжения постоянного тока U? на выходе УВ. Управление работой выпрямителя и управляемого инвертора УИ осуществляет блок управления БУ.

В преобразователе частоты с неуправляемым выпрямителем НВ (рис.5,б) выпрямленное напряжение преобразуется с помощью транзисторного широтно-импульсного модулятора (ШИМ) в импульсное напряжение на входе инвертора, частота импульсов должна быть значительно больше верхнего предела рабочей частоты на выходе инвертора.

При обычной широтно-импульсной модуляции среднее значение напряжения на такте инвертора примерно равно относительной продолжительности импульсов ШИМ. Изменяя ее, можно регулировать значение напряжения U1~ на выходе инвертора.




а) б)

Рис. 5. Преобразователи частоты


Принцип действия управляемого инвертора рассмотрим на примере инвертора, выполненного по трехфазной мостовой схеме и работающего на чисто активную нагрузку (рис. 6,а). В управляемом инверторе силовыми элементами должны быть полностью управляемые полупроводниковые приборы, т.е. способные открываться и закрываться под воздействием соответствующих сигналов управления. Этому требованию отвечают либо транзисторы, работающие в ключевом режиме, либо тиристоры в совокупности со схемой искусственной коммутации, либо запираемые тиристоры. В общем виде эти силовые элементы обозначены на рисунке как ключи К16. На вход УИ подано напряжение постоянного тока U, переключение в схеме происходит по команде блока управления каждую часть периода требуемой выходной частоты. При этом каждый ключ замкнут либо периода выходной частоты, либо периода. На рис. 6,б в качестве примера показаны временные диаграммы формирования выходного напряжения в фазах А, В, С сопротивления нагрузки Rн для первого случая.



а) б)

Рис. 6. Принцип работы управляемого инвертора


Как видно, на каждом такте коммутации схемы одновременно проводят ток три ключа (во втором случае – два ключа). Например, на первом такте открыты ключи с номерами 1, 2, 3 и ток протекает по цепи, в которой последовательно с сопротивлением фазы С включены параллельно соединенные сопротивления фаз А и В. При этом в фазе С падает приложенного напряжения U, в фазах А и В – по U. Знак падения напряжения определяется направлением тока в фазе. За положительное падение напряжения принято такое, которое создается током, протекающим к общей точке фаз нагрузки. По мере переключения ключей напряжение в фазах ступенчато изменяется и на нагрузке формируется симметричная трехфазная система напряжений прямоугольно-ступенчатой формы. Первые гармоники этих напряжений требуемой частоты (пунктирные линии на рис.6,б) имеют фазовый сдвиг 120. Высшие гармоники могут быть отфильтрованы LC-фильтрами. Частота выходного напряжения определяется частотой коммутации ключей, порядок следования напряжений – порядком коммутации ключей.

2. Описание стенда ЭМП1-К

Стенд ЭМП1-С-К предназначен для проведения лабораторных занятий по дисциплине « Электромеханические устройства и системы ».

Машинная часть стенда представляет собой соединенные механически машину постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель и маховик. Технические данные этих машин приведены в таблице 1.

Таблица 1.Технические данные электрических машин

Машина постоянного тока (код 101.2)

ПЛ-062

Номинальная мощность, Вт

90

Номинальное напряжение якоря, В

220

Номинальный ток якоря, А

0,56

Номинальная частота вращения, мин–1

1500

Возбуждение

Независимое /параллельное/
последовательное

Номинальное напряжение возбуждения, В

220

Номинальный ток обмотки возбуждения, А

0,2

КПД, %

57,2

Направление вращения

любое

Режим работы

двигательный/генераторный







Асинхронный двигатель (код 106)

АИР 56

Число фаз на статоре

3

Схема соединения обмоток статора



Частота тока, Гц

50

Номинальная полезная активная мощность, Вт

120

Номинальное напряжение, В

220/380

Номинальный ток статора, А

0,73 / 0,42

КПД, %

63

cos H

0,66

Номинальная частота вращения, мин–1

1350







Маховик




Момент инерции, Нмс2

0,009

Масса, кг, не более

7
  1   2   3




Нажми чтобы узнать.

Похожие:

Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconИсследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010
«Преобразователь частоты – трехфазный асинхронный двигатель», в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconИсследование тиристорного электропривода постоянного тока с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2011
«Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока», в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconИсследование тиристорного электропривода постоянного тока с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2011
«Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока», в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconИсследование исполнительного двигателя постоянного тока с использованием пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2011
«Электромеханические устройства и системы постоянного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик двигателей...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconИсследование исполнительного двигателя постоянного тока с использованием пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2011
«Электромеханические устройства и системы постоянного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик двигателей...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconПрограммирование на языке «СИ» в операционной среде «unix» Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Операционные системы» 220101 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети Москва 2007
Программирование на языке «Си» в операционной среде unix. /Московский государственный институт электроники и математики; Сост.: Ю....
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование условий труда на рабочем месте оператора пэвм»
Цель работы: Ознакомление с основными факторами вредного влияния компьютера на организм, а также гигиеническими проблемами, возникающими...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Информатика» для студентов направления 240100 химико-технологического факультета: Томск: изд. Тпу, 2010. 12 с
Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Информатика» для студентов 1–го курса направлений 240100 «Химическая...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы Цель работы
Исследование микроклимата производственных помещений. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу “Безопасность...
Исследование частотного асинхронного электропривода с применением пэвм методические указания к лабораторной работе по дисциплине «электромеханические устройства и системы» Москва 2010 iconПрограмма дисциплины "Электромеханические устройства и системы" для подготовки инженеров
В практике автоматизации производства электромеханические системы имеют преимущественное значение. Почти две трети всей энергии,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы