Лабораторная работа №2. Сборка узлов схем управления электрическими приводами на бесконтактной аппаратуре. Лабораторная работа №2. Сборка узлов схем управления электрическ. сборка и наладка схем управления электроприводами с применением бесконтактных элементов
 Скачать 29.54 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФИЛИАЛ СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ЯКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 По предмету: «Системы управления электроприводов» На тему: «сборка и наладка схем управления электроприводами с применением бесконтактных элементов» Выполнили: студенты группы ЭЭ-18-4 Макаров М.В Балдин Н.Е Проверил: К.т.н. доцент Солнцев Г.Е Якутск 2022 Цель работы. Приобрести практические навыки по сборке и наладке схем управления электроприводами с применением бесконтактных элементов. Программа работы. Ознакомиться с лабораторной установкой, записать данные двигателей, магнитного усилителя и тиристора. Собрать схему бесконтактного управления двигателем постоянного тока по рис. 34.4 и 34.5, после проверки их преподавателем опробовать установки в работе, затем снять данные и построить регулировочные характеристики электроприводов. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе. Подготовка к работе. Повторить теоретический материал: принцип действия магнитного усилителя и тиристора; принцип бесконтактного управления двигателями постоянного и переменного токов; бесконтактное управление двухфазным асинхронным двигателем посредством магнитного усилителя и бесконтактное управление двигателем постоянного тока с применением управляемого тиристорного преобразователя. Подготовить в рабочей тетради таблицы для занесения результатов опытов и координатные сетки для построения графиков. Основные понятия. Современный автоматизированный электропривод характеризуется применением бесконтактных управляющих устройств, т. е. таких устройств, в которых управление двигателем осуществляется без разрыва цепи основного (рабочего) тока. Напомним, что в рассмотренных ранее схемах электропривода с контактными управляющими устройствами управление работой двигателя осуществлялось замыканием или размыканием силовых контактов в цепи основного (рабочего) тока. Например, в цепи обмотки статора асинхронного двигателя или в цепи обмотки якоря двигателя постоянного тока. Основные преимущества бесконтактных управляющих устройств по сравнению с контактными состоят в том.что срок службы бесконтактных устройств практически неограничен и к тому же они не нуждаются в уходе в процессе эксплуатации. В данной работе рассматриваются два вида бесконтактных управляющих устройств: магнитный усилитель и тиристор — управляемый вентильный преобразователь. Магнитный усилитель представляет собой статическое электромагнитное устройство, состоящее из магнитопровода и обмоток. На рис. 34.1, а показана конструкция простейшего магнитного усилителя, состоящая из магнитопровода, на стержнях которого расположены две обмотки: рабочая wра6 и управления wy. Если последовательно к рабочей обмотке подключить нагрузку Zни эту цепь включить в сеть переменного тока с напряжением U1, то ток в этой цепи будет иметь небольшое значение I1 = U1/(zH+ zpa6), так как будет ограничен значительным сопротивлением рабочей обмотки Zраб = Xраб =2пf1Lраб, где f1 — частота тока в сети: Lраб индуктивность рабочей обмотки усилителя. Для обмотки с числом витков wра6 со стальным сердечником индуктивность Lраб = uw^2рабS/L Число витков рабочей обмотки wра6, площадь поперечного сечения сердечника Sи его длина I являются конструктивными постоянными параметрами магнитного усилителя. Что же касается магнитной проницаемости материала магнитопровода, то ее значение в большой степени зависит от напряженности подмагничивающего поля H (с ростом напряженности Я магнитная проницаемость р уменьшается). Как видно уменьшение р ведет к снижению индуктивности рабочей обмотки Lраб, т.е. к уменьшению ее индуктивного сопротивления, а, следовательно, к увеличению тока /, в нагрузке. Требуемое значение напряженности поля Я в магнитопроводе усилителя создается обмоткой управления wy. Эта обмотка выполняется с большим числом витков wy, поэтому даже небольшой ток управления /у в этой обмотке создает значительную магнитодвижущую силу Fy = Iywy, вызывающую магнитное насыщение магнитопровода, а, следовательно, уменьшение магнитной проницаемости ферримагнитного материала магнитопровода. Таким образом, в магнитном усилителе имеется возможность регулировать ток в рабочей обмотке I1 путем изменения тока управления Iу (рис. 34.1, в). При этом ток управления Iу намного меньше рабочего тока I1, а мощность управления Ру намного меньше активной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя Р1. Обычно управление магнитным усилителем, т.е. его подмагничивание, осуществляется постоянным током. Рассмотренный простейший магнитный усилитель на одном сердечнике не получил практического применения. Объясняется это тем, что за счет трансформаторной связи между обмотками усилителя в обмотке управления wy наводится значительная переменная ЭДС. Большоезначение этой ЭДС обусловлено тем, что число витков в обмотке управления обычно во много раз больше числа витков в рабочей обмотке, поэтому рассмотренная конструкция усилителя представляет собой повышающий трансформатор. Это обстоятельство практически исключает возможность управления усилителем путем изменения тока в его обмотке управления. Практическое применение получили магнитные усилители на двух сердечниках. В таком магнитном усилителе рабочая обмотка разделена на две равные части и каждая из них расположена на отдельном сердечнике так, чтобы МДС FpaC этих частей в стержнях магнитопровода, охваченных обмоткой управления wy, были направлены встречно друг другу и их действие взаимно компенсировалось. Если нагрузкой магнитного усилителя является устройство постоянного тока, то его включают в цепь рабочей обмотки усилителя через выпрямитель. Основными параметрами магнитного усилителя являются коэффициенты усиления: коэффициент усиления по току ki = (I1ном —Iо)/Iу; коэффициент усиления по мощности кр =(P1 ном —P0)/P где I1ном и P1ном — номинальные значения тока и активной мощности в рабочей цепи усилителя; I0 и Р0 — ток и активная мощность холостого хода, соответствующие нулевому значению тока управления; Iу и Py - ток и активная мощность в обмотке управления. Тиристоры, или управляемые полупроводниковые диоды, — наиболее перспективные бесконтактные элементы современного электропривода. Основным элементом тиристора является кремниевая пластина, имеющая четырехслойную структуру. При этом слои с электронной n-проводимостью чередуются со слоями дырочной р-проводимостью. Эти четыре слоя образуют три перехода: П1, П2, ПЗ. От среднего слоя р имеется вывод — управляющий электрод У. Если управляющий электрод не подключен, а между анодом А и катодом К диода приложено напряжение от источника постоянного тока U прямой полярности (плюс на аноде), то переходы П1 и ПЗ будут открыты, т. е. их сопротивление прямому току весьма мало. Что же касается перехода П2, то он включен в обратном направлении (n—р), поэтому его электрическое сопротивление значительно и почти все напряжение U окажется приложенным к переходу П2. При этом величина тока через диод будет весьма незначительной (I=0). Если же к управляющему электроду У и катоду К приложить напряжение управления Uу (плюс на управляющем электроде), то в переходе ПЗ возникнет ток управления Iу и появятся дополнительные носители зарядов. В итоге слой п — р-перехода П2 станет электропроводящим, т. е. тиристор откроется и под действием напряжения Uчерез все слои тиристора будет проходить основной ток I. После этого влияние управляющего электрода У на электропроводность тиристора прекратится, т. е. если снять напряжение управления Uy, то ток в тиристоре не прекратится и он будет работать как неуправляемый диод. Для того чтобы основной ток Iчерез тиристор прекратился, необходимо либо разомкнуть анодную цепь, либо подать на эту цепь тиристора импульс обратного напряжения (минус на аноде). Для повторного открывания тиристора необходимо вновь приложить некоторое напряжение между анодом и катодом и подать хотя бы кратковременно управляющий сигнал Uy между управляющим электродом и катодом. Таким образом, после того как тиристор открыт, его электропроводность не зависит от величины или полярности управляющего напряжения. Другими словами, тиристор имеет два устойчивых состояния: закрытое и открытое. В этом отношении тиристоры аналогичны электромагнитным реле. Тиристоры обладают высоким КПД, малой мощностью управления и неограниченным сроком службы. Для улучшения условий охлаждения тиристоры снабжают ребристыми радиаторами. Если тиристор включить в цепь переменного тока, то при подаче положительного потенциала на управляющий электрод во время положительной полуволны анодного напряжения тиристор откроется и в нем появится основной ток I. После прекращения положительной полуволны напряжения переменного тока тиристор закроется. При следующей положительной полуволне для открывания тиристора необходимо вновь подать положительный потенциал на управляющий электрод. Таким образом, тиристоры можно применять как в цепях постоянного, так и переменного тока. Порядок выполнения работы. Бесконтактное управление электроприводом с применением магнитного усилителя. Для полного использования двигателя по мощности, учитывая однополупериодное выпрямление, напряжение, подводимое к цепи якоря, следует принять равным 1,5*Uном (здесь Uном — номинальное напряжение двигателя). Например, при номинальном напряжении 110 В цепь якоря следует питать напряжением 165 В. Питание цепи якоря осуществляется через трансформатор Т. Для управления величиной тока якоря в первичную цепь трансформатора включена рабочая обмотка wраб, магнитного усилителя (МУ). Управляющий сигнал Uy на обмотку управления wy усилителя подается от потенциометра RP через выпрямитель UZ и резистор R, назначение которого ограничивать ток управления Iу до значения, не превышающего допустимое. Обмотка возбуждения ОВ двигателя М включена в сеть постоянного тока на напряжение UB. При крайнем верхнем положении движка потенциометра RP напряжение управления Uy =0, при этом рабочая обмотка усилителя обладает наибольшим сопротивлением, ток якоря Ia весьма мал и якорь двигателя неподвижен. При перемещении движка потенциометра RPв сторону, соответствующую увеличению напряжения сигнала Uy, в обмотке управления wy усилителя появляется ток управления Iу. Это приводит к магнитному насыщению магнитопровода усилителя, а, следовательно, к уменьшению электрического сопротивления рабочей обмотки. В результате ток в цепи якоря двигателя увеличивается и якорь начинает вращаться. При этом с возрастанием тока управления Iу частота вращения якоря увеличивается. Для удобства исследования регулировочных свойств электропривода весь рабочий диапазон перемещения движка потенциометра RP имеет шкалу с равномерными пронумерованными делениями. Параметры элементов электропривода выбирают в зависимости от номинальных данных двигателя М. Например, если в качестве М применяют двигатель типа CЛ-661 с номинальными данными Рном = = 230 Вт, Uном = 110 В, Iном = 2,9 А, nном = 2700 об/мин, то силовой трансформатор Т должен иметь номинальные напряжения 220/165 В, в цепь якоря следует включить диод Д-245, а для регулировки тока применить магнитный усилитель УМ-1П-20-40-4-1 со следующими параметрами: напряжение рабочей обмотки 220 В, номинальный ток рабочей обмотки 3,5 А, допустимый ток управления 0,415 А (сопротивление обмотки управления 9,34 Ом). Ознакомившись с устройством лабораторного стенда, собирают схему по рис. 34.4. После проверки схемы преподавателем включают рубильники QS1 и QS2, предварительно поставив движок потенциометра
в положение, соответствующее нулевому значению управляющего сигнала. Затем постепенно перемещают движок потенциометра в сторону, соответствующую увеличению сигнала Uy, вызывая возрастание частоты вращения якоря двигателя М. Приблизительно через одинаковые интервалы делений на шкале потенциометра RP измеряют частоту вращения двигателя М. Значения частоты вращения п и соответствующие им номера делений Ny на шкале потенциометра RPзаносят. Затем строят регулировочную характеристику электропривода в режиме холостого хода n = f(Ny). Бесконтактное управление электроприводом с применением тиристора. Обмотка возбуждения двигателя ОВ включена непосредственно в сеть постоянного тока на напряжение UB.Величину тока черезтиристор регулируют по принципу фазового управления тиристором. Этот способ основан на изменении времени момента отпирания тиристора. С этой целью в схеме применена фазосдвигающая цепочка r, С, где r1 — резистор переменного сопротивления. Значение управляющего сигнала Uy и его фазовый сдвиг относительно напряжения U2 зависят от сопротивления резистора r1 при полностью введенном сопротивлении значительная часть напряжения U2 расходуется на переменном резисторе, так что падение напряжения на конденсаторе Uc =Uy оказывается недостаточным для создания напряжения управления, требуемого для отпирания тиристора. С уменьшением
сопротивления r1 напряжение Uc возрастает и достигает значения, достаточного для отпирания тиристора при положительной полуволне напряжения U2.Однако это напряжение Uc = Uy оказывается сдвинутым по фазе относительно напряжения U2, так что отпирание тиристора происходит ближе к середине положительной полуволны напряжения U2. поэтому действующее значение тока Iа в цепи якоря двигателя М невелико и якорь вращается с небольшой частотой. Таким образом, в рассматриваемой схеме имеет место фазовое управление тиристором. При дальнейшем уменьшении сопротивления r1 фаза напряжения на управляющем электроде тиристора меняется таким образом, что отпирание тиристора происходит в более ранний момент времени. При этом действующее значение тока якоря Ia двигателя возрастает, что ведет к увеличению электромагнитного момента, а, следовательно, и частоты вращения двигателя. Назначение диода VD в цепи управления тиристора VS состоит в том, чтобы исключить попадание отрицательного потенциала на управляющий электрод. Для управления электродвигателем постоянного тока типа CЛ-661 можно применить тиристор КУ202К. В цепи управления этого тиристора можно использовать переменный резистор типа ППБ-ЗВ сопротивлением 4,7 кОм и конденсатор типа ПБГО емкостью 1 мкФ. Ознакомившись с устройством лабораторного стенда и назначением всех его элементов, собирают схему. После проверки схемы преподавателем включают рубильники QS1 и QS2 и плавно поворачивая ручку переменного резистора r1, увеличивают частоту вращения двигателя. Через приблизительно одинаковое количество делений на шкале этого резистора измеряют частоту вращения двигателя и заносят в табл. Затем строят регулировочную характеристику электропривода, представляющую собой зависимость частоты вращения от числа делений на шкале переменного резистора в режиме холостого хода. Анализ результатов лабораторной работы. Отчет о лабораторной работе должен содержать принципиальныесхемы исследуемых электроприводов, спецификацию элементов каждойсхемы и выводы об эффективности работы лабораторных установок. Анализируя регулировочные характеристики электропривода, определяют диапазон изменения частоты вращения двигателя, соответствующий участку характеристики, наиболее близкому к прямой линии. Сравнив регулировочные характеристики электроприводов с магнитным усилителем и с тиристором, делают вывод о достоинствах и недостатках каждого из них. При этом необходимо иметь в виду регулировочные свойства, габариты, массу и стоимость регулирующих устройств, примененных в каждой схеме электропривода. Контрольные вопросы Что такое бесконтактное управление электроприводом и каковы его преимущества перед контактным? На чем основан принцип действия магнитного усилителя и почему эти усилители делают на двух сердечниках? Объясните устройство и принцип действия тиристора. Будет ли работать электропривод, если рабочую обмотку магнитного усилителя включить непосредственно в цепь якоря электродвигателя? Возможна ли работа электропривода, если конденсатор в цепи управления тиристора заменить на резистор соответствующего сопротивления? Каким образом можно уменьшить пульсации тока в цепи якоря электродвигателя в рассматриваемых электроприводах? |