Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования - учебно-методическое пособие к лабораторным работам. Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооб. Практикум по дисциплине Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования учебных планов подготовки бакалавров по направлениям 27. 03. 04
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ ___________________________________________ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» __________________________________________ Королева Т. Н., Лукичев А. Н. Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования Учебно-методическое пособие к лабораторным работам Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2017 2 УДК 62-51 Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования: Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования» / Сост.: Т. Н. Королева, А. Н. Лукичев. СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. 39 с. Содержит программы и методики выполнения лабораторных работ по настройке и испытаниям автоматических систем и судового электрооборудования. Предназначено для студентов направлений 27.03.04 «Управление в технических системах» и 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебно-методического пособия © СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017 3 Предисловие Настоящее учебно-методическое пособие предназначено студентам, выполняющим лабораторный практикум по дисциплине «Настройка и испытания автоматических систем и судового электрооборудования » учебных планов подготовки бакалавров по направлениям 27.03.04 «Управление в технических системах» и 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Материал лабораторных работ охватывает широкий круг типовых задач процессов настройки и испытаний автоматических систем. Описание каждой лабораторной работы начинается с краткого изложения основных сведений, необходимых для ее выполнения, описания лабораторного стенда и заканчивается рекомендациями к оформлению результатов работы. 4 Лабораторная работа №1. Изучение состава и функциональных возможностей лабораторного стенда судовой электростанции (СЭС) Цель работы: - изучить техническое оснащение стенда; - рассмотреть функциональные возможности установленного оборудования и особенности их работы в разных режимах эксплуатации СЭС, при разных видах управления; - рассчитать значения возможных нагрузок на СЭС для всех возможных сочетаний включения ламповых реостатов; - провести масштабирование показаний приборов, установленных на ГРЩ. Общие положения Состав стенда (без ГЭУ): источники электроэнергии; потребители электроэнергии (нагрузка); распределительный щит (РЩ); шкаф управления (ШУ) – 3 секции; ГРЩ: СГ×3, СУ. 1. Источники электроэнергии В качестве источников электроэнергии используются преобразователи типа АПТ-2,5-50, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный, частотой 50 Гц. Параметры преобразователя представлены в табл.1.1. Таблица1.1 Наименование параметров Технические параметры Двигатель Генератор Номинальное напряжение, В. 220 220 Номинальный ток, А 16 7,7 Коэффициент полезного действия 57 Пределы изменения напряжения питающей цепи, В. 175…320 – 5 Пределы изменения номинального тока, А 29…14 – Мощность, кВт – 2,5 Коэффициент мощности – 0,8 Частота, Гц – 50 Частота вращения, об/мин 1500 – Генераторная часть преобразователя использовалась без модернизации. В генераторную часть входят: генератор переменного тока; схема фазового компаундирования (СФК); схема регулирования напряжения по отклонению (РН). Схема генератора с системой возбуждения представлена на рис. 1.1. Основными элементами СФК являются трансформатор Тр4 с подмагничиванием постоянным током и трансформаторы тока Tp1, Тр2, ТрЗ. Вторичные обмотки последних выполняют одновременно функции компаундирующих дросселей. 39 41 1 Тр 2 Тр 3 Тр 42 40 38 13 С 14 С 15 С 16 С 17 С 18 С 4 Тр 58 50 54 55 1 L 2 L OB 1 44 44 46 Д Д 45 46 52 55 Д Д 26 R 25 R 51 Д 60 50 Д 28 R 29 R 49 56 59 Д Д 66 67 65 30 R 5 Тр 21 С 22 С 76 69 68 59 60 Д 64 Д 62 Д 61 Д 63 Д 60 51 58 50 54 10 Др 49 50 9 Др ГА =5 В От доп. ИП 6 Рис. 1.1. Для обеспечения устойчивого самовозбуждения параметры цепи выбраны с таким расчетом, чтобы при отключенном РН ток обмотки возбуждения превышал требуемое значение на 15…20% при любом нагрузочном режиме. Снижение тока возбуждения у работающего генератора до номинального значения осуществляется принудительным увеличением тока холостого хода трансформатора Тр.4 с помощью его подмагничивания током магнитного усилителя МУ1. Для устойчивого самовозбуждения в стенде дополнительно предусмотрена возможность подключения источника начального возбуждения с помощью кнопки, расположенной в ШУ. Параллельно первичной обмотке Тр4 включены конденсаторы С16, С17, С18 с емкостным сопротивлением, приблизительно равным реактивному сопротивлению вторичных обмоток трансформаторов тока. При этих условиях температурные изменения сопротивления обмотки возбуждения практически не влияют на величину протекающего по ней тока. Распределение реактивных нагрузок осуществляется с помощью уравнительных связей между обмотками возбуждения. Двигательная часть преобразователя была модернизирована: исключен штатный регулятор частоты вращения; шунтовая обмотка возбуждения (ОВ) использовалась в режим независимой обмотки, получающей питание напряжением 50 В от выпрямителя ADC7480 (общий для всех двигателей) расположенного в РЩ; якорная обмотка получает питание от управляемого контроллером выпрямителя ADC7480. Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется изменением напряжения питания якорной обмотки с помощью управляемого контроллером выпрямителя ADC7480. В стендереализованы следующие способы управления частотой вращения двигателя постоянного тока: местное управление воздействием на соответствующие кнопки, расположенные на лицевой панели ШУ; дистанционное управление – на лицевой панели СУ ГРЩ; 7 автоматическое управление по сигналу от LSU-114DG, обеспечивающему распределение активных нагрузок. Схема модернизированной двигательной части преобразователя представлена на рис. 1.2. ДПТ 2 С 1 С 01 02 ООС 1 Я 2 Я 50 В Контроллер =0... 220 В Реле 0 5В ADC7480 Кнопка Дистанционное управление Месное управление ГРЩ ЩР от В 220 от ЩР ШУ Рис. 1.2. Для предотвращения разгона двигателя при малом потоке возбуждения предусмотрена программная проверка значения напряжения в независимой ОВ. При снижении напряжения ниже 45 В контроллер прекращает подачу напряжения на якорную обмотку двигателя постоянного тока. 2. Потребители электроэнергии (нагрузка) В качестве активной нагрузки в стенде используется ламповый реостат, состоящий из 18 ламп, соединенных в 6 групп. В каждой группе лампы соединены в треугольник (рис. 1.3). Рис. 1.3. Первые три нагрузки (Гр.1…Гр.3) могут подключаться к общей шине с помощью автоматов, расположенных в СГ ГРЩ, в 8 любом сочетании. Нагрузки Гр.4 постоянно подключены к «своему» генератору. Щитовые амперметры показывают только ток, определяемый подключенными Гр.1…Гр.3 (ГР.4 приборы не показывают). Для измерения полного тока ГА (с учетом ГР.4) необходимо подключаться к клеммам генераторного автоматического выключателя При выборе номиналов ламп исходили из необходимости обеспечения следующих режимов: номинальная нагрузка, перегрузка и недогрузка ГА. Эти нагрузки обеспечивались реостатами Гр.1…Гр.3. Гр.4 используется для имитации режима перехода генератора в двигательный режим. При переходе генератора в двигательный режим значение обратной мощности определяется потерями в первичном двигателе, статорной обмотке и обмотке возбуждения генератора. Данные потери зависят от типа генераторного агрегата и могут находиться в диапазоне от 3 до 15 %. Учитывая это, Гр.4 была составлена из ламп мощностью 100 Вт (12 %). В табл. 1.2 приведены номинальные значения ламп соответствующих групп и место расположения их автоматов. Таблица 1.2 Параметр Гр.1 Гр.2 Гр.3 Гр.4 Мощность ламп, Вт 500 300 300 100 Место расположения автомата СГ1 СГ2 СГ3 - Реактивная нагрузка в стенде создается управляемым дросселем. Он состоит из катушек с перемещаемым стержнем. От положения стержня зависит значение реактивного тока. Используемый дроссель позволяет регулировать реактивный ток в диапазоне от 0 до 5 А. Его подключение осуществляется на ГС1. С ГС2 производится питание ГЭУ от ГА (220 В) – Тр (380 В) – ПЧ – АД; ГС3 – не используется 3. Распределительный щит В РЩ находится коммутационная аппаратура, управляемый выпрямитель ADC7480, для питания независимой обмотки возбуждения ДПТ/ 9 На лицевую панель РЩ выведены: сигнализация о наличии напряжения; ручка регулирования напряжения НОВ ДПТ и вольтметр для его измерения; кнопка подачи питания на компьютеры вычислительного класса. 4. Шкаф управления В шкафу управления двигателем постоянного тока установлены: выпрямитель ADC7480; контроллер Modicon M340 для управления ДПТ; преобразователь напряжения ABL-7R2410, преобразующий переменное напряжение 220 В в постоянное – 24 В, используемое для питания диодных лампочек и катушек реле; резервный маломощный источник напряжения, кратковременно подключаемый вручную кнопкой на лицевой панели ШУ при отсутствии самовозбуждения генератора; сигнализация, измерительные приборы и устройства управления; защита от токов короткого замыкания (ТКЗ). Вид лицевой панели шкафа управления показан на рис. 1.4. 10 ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ ГЕН. УСТ. PV1 PV2 МЕСТ. ДИСТ СТОП ПУСК МЕНЬШЕ БОЛЬШЕ ПРОГР.3 ПРОГР.1 ПРОГР.2 ПРОГР.4 ПРОГР.5 СБРОС Питание з б з б з б з б б б б б ч Момент Частота ГОТОВ Неиспр. ПЛК Авария Вкл. Откл. Есть возб.МПТ Начальное возб. СГ Неисправн. АМТ Проверка сигн. з з ж к к Рис. 1.4. На нее выведены: приборы фирмы DEIF для измерения момента и частоты в условных единицах; кнопки: переключения управления между местным и дистанционным; включения и выключения ДПТ; изменения скорости вращения ДПТ; проверки сигнализации; подачи напряжения для возбуждения генератора; запуска и сброса выполнения подпрограмм в контролере, изменяющих основную программу управления ДПТ. световая сигнализация, использующая следующие цвета засветки: красный – авария и неисправности контроллера (формируется функцией самодиагностирования контроллера); 11 зеленый – подача питания: на шкаф управления и обмотку возбуждения двигателя, а также при готовности двигателя к приему нагрузки; желтый – неправильное функционирование агрегата (формируется контроллером). Защита от ТКЗ осуществляется автоматическими выключателями с номинальным током до 10 А. Защиту ламп сигнализации от перегрузки и ТКЗ обеспечивают предохранители на 2 А. 5. ГРЩ Генераторная секция В генераторной секции расположены: устройство для автоматической синхронизации типа FAS- 113DG; реле распределения нагрузки типа LSU-114DG, данное реле также реализует функциипо запуску и остановке резервного генератора, которые в стенде используются для сигнализации о возникших перегрузках (Р>80 %) или недогрузках (Р<20 %) генераторов; реле защиты от обратной мощности типа RMP-121D; измерительные приборы и устройства управления; световая индикация. Вид лицевой панели ГС представлен на рис. 1.5. На лицевой панели ГС расположены: измерительные приборы фирмы DEIF: вольтметр, амперметр, частотомер; «технологический» автоматический выключатель, обеспечивающий защиту генератора от ТКЗ и переход генератора в двигательный режим; автоматические выключатели, обеспечивающие защиту потребителей собственных нужд (активная и реактивная нагрузки) от ТКЗ и подключение их к шинам; световая индикация: 12 красного цвета – неисправность ГА, вырабатывается контроллером, расположенным в секции управления; зеленого цвета – подача питания на секцию; готовность генератора к приему нагрузки; подключение генератора к ГРЩ; подключение генератора к общей шине; желтого цвета – неисправности: двигательный режим, перегрузка и недогрузка генератора. предохранители, обеспечивающие защиту ламп индикации. световая индикация. Секция генераторная Питание з PV PA P>80% P<20% PF P<-10% б з ж к з з Готов АВ вык. АВ вкл. Неиспр. Неиспр. ПЛК Защита Защита Активная нагрузка нагрузка ж ж ж Рис. 1.5. Секция управления В состав секции управления входят: контроллер Modicon M340; операторский экран для управления (пуск – стоп ДПТ) и отображения состояния системы Magelis от компании Telemecanique; измерительные приборы и устройства; 13 световая индикация. Вид лицевой панели СУ представлен на рис. 1.6. Секция управления Питание з Неиспр. ПЛК Откл. Вкл PA PV PV PV PV PW PW PW PQ PQ PQ PV/PV PF/PF S G1 G2 G3 SH Синхронизация Автоматические выключатели Пуск/останов генер. агрегатов Рег. частоты генер. агрегатов Готовность генерат. агрегатов Руч. Авт. з з з з з з з k Проверка сигнализации Сброс Неиспр. синхроноскопа k Операторский экран Г1 Г2 Рис. 1.6. На лицевой панели СУ расположены: переключатели, обеспечивающие: подачу питания на все секции ГРЩ; выбор приоритетного генератора; выбор режима функционирования ГРЩ «ручной» или «автоматический». измерительных приборов в секции управления используется приборы фирмы DEIF: 4 вольтметра для измерения напряжения береговой сети (SH) и каждого генератора (Gi); амперметр для измерения тока береговой сети; ламповый синхроноскоп на погасание; 14 3 ваттметра для измерения активной мощности каждого генератора; 3 ваттметра для измерения реактивной мощности каждого генератора; синхроноскоп для выполнения ручной синхронизации; прибор для сравнения значения частоты двух генераторов; прибор для сравнения значения напряжения на двух генераторах. световая индикация используются светодиоды: красного цвета – неисправность ПЛК (сигнал формируется функцией самодиагностирования контролера); зеленого цвета – подача питания на секцию; готовность генератора к приему нагрузки; подключение генератора к общей шине; желтого цвета – неисправности синхроноскопа (сигнал формируется функцией самодиагностирования синхроноскопа) предохранители, обеспечивающие защиту ламп индикации; в ручном режиме могут выполняться: подгонка частоты до 50 Гц и синхронизация генераторов с шинами; дистанционное управление работой ГА: включение и выключение их, изменение частоты вращения, подключение генераторов к общей шине. В отчете по лабораторной работе необходимо: 1. Рассчитать все возможные варианты значений токов, которые можно получить с помощью различных сочетаний подключаемых ламповых реостатов: ГР1…ГР3, и представить их в виде табл. 1.3. Таблица 1.3. Ток Подключаемая активная нагрузка Гр1 Гр2(3) Гр2+Гр3 Гр1+Г2(3) Гр1+Гр2+Гр3 I, А 15 2. Рассчитать возможные варианты нагрузок при одиночной и параллельной работе генераторов для разных сочетаний подключения ламповых реостатов. Результаты расчета представить в виде табл. 1.4. Таблица 1.4. Ток Подключаемая активная нагрузка Гр1 Гр2(3) Гр2+Гр3 Гр1+Г2(3) Гр1+Гр2+Гр3 I, А Одиночная работа генераторов, I н =7,7 А I, о.е. Параллельная работа 2-х генераторов, I н =15,4 А I, о.е Параллельная работа 3-х генераторов, I н =23,1 А I, о.е 1. Показать в форме табл. 6.5 для разных режимов работы генераторов сочетания подключенных ламповых реостатов, приводящих к срабатыванию сигнализации по недогрузке и перегрузке работающих генераторов. Таблица 1.5. Количество работающих ГА Подключаемая активная нагрузка Гр1 Гр2(3) Гр2+Гр3 Гр1+Г2(3) Гр1+Гр2+Гр3 1 2 3 2. Рассчитать значения полных токов I, которые необходимо получить по штатным приборам ГС ГРЩ с помощью изменения реактивной нагрузки, для обеспечения cosφ=0,8; cosφ=0,6 и cosφ=0,4 при разных сочетаниях подключения ламповых реостатов (I а ). Результаты расчета представить в виде табл. 1.6. Таблица 1.6. Ток Подключаемая активная нагрузка Гр1 Гр2(3) Гр2+Гр3 Гр1+Г2(3) Гр1+Гр2+Гр3 I а , А I cos φ=0,8 I cos φ=0,8 I cos φ=0,4 3. Рассчитать значения реактивных составляющих токов (I р ), обеспечивающих заданный коэффициент мощности, и выделить варианты, которые могут быть реализованы на стенде с учетом характеристики установленного дросселя. Решение оформить в виде табл. 1.7. 16 Таблица 1.7. Ток Подключаемая активная нагрузка Гр1 Гр2(3) Гр2+Гр3 Гр1+Г2(3) Гр1+Гр2+Гр3 I р cos φ=0,8 I р cos φ=0,6 I р cos φ=0,4 4. Выполнить масштабирование амперметров, установленных в ГС 5. Сделать выводы по работе 17 |