Электроника - лекции, лабораторные работы

Алгебра
Задачи

Сопромат

Физика
Реактор

Лабораторная работа № 11

Регулирование скорости электроприводов постоянного тока

Цель работы

 Целью данной работы является экспериментальное исследование статических, динамических и энергетических свойств замкнутых систем регулирования скорости электроприводов постоянного тока. В работе изучаются замкнутые системы регулирования по отклонению и возмущению, снимаются статические электромеханические и механические характеристики, а также исследуются переходные процессы и частотные характеристики системы.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на унифицированной лабораторной установке для испытания электроприводов постоянного тока.

Программа работы

Ознакомиться с лабораторной установкой и записать необходимые данные.

Снять регулировочную характеристику разомкнутой системы УП–Д .

Снять статические (электромеханическую, механическую и энергетическую) характеристики разомкнутой системы УП–Д и с отрицательной обратной связью по току при различных коэффициентах усиления.

Снять зависимости w(t) и i(t) при изменении управляющего сигнала uу скачком.

Снять статические (электромеханическую, механическую и энергетическую) характеристики системы УП-Д с положительной обратной связью по скорости при различных коэффициентах усиления.

Для замкнутой по скорости системы УП–Д снять зависимости w(t) и i(t) при изменении управляющего сигнала uу скачком.

Исследовать переходные процессы электропривода при приложении и снятии нагрузки скачком.

Снять заданные преподавателем частотные характеристики системы.

Обработать экспериментальные результаты и оформить отчет о работе.

Методические указания по выполнению работы

Перед сборкой схемы следует убедиться, что все автоматические выключатели лабораторной установки находятся в выключенном состоянии, а положения задающих устройств управления преобразовательными устройствами соответствуют нулевому заданию.

Лабораторная работа №12

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ КООРДИНАТ

Цель работы

Исследование регулировочных, электромеханических, механических, энергетических и динамических характеристик электропривода по системе УП-Д с подчиненным регулированием ее координат.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на унифицированной лабораторной установке для испытания электроприводов постоянного тока [1]. Мнемосхема лицевой панели управления дана на рис. 1.

Технические характеристики исследуемых двигателя постоянного тока и тиристорных преобразователей даны в Приложении.

Программа работы

Ознакомиться с лабораторной установкой и зафиксировать технические данные силовой части электропривода.

Выполнить настройку замкнутых контуров регулирования тока (КРТ) и скорости (КРС) двигателя.

Снять регулировочную характеристику замкнутой системы УП-Д.

Снять электромеханическую, механическую и энергетическую характеристики замкнутой системы УП-Д при заданных преподавателем режимах работы электропривода.

Исследовать переходные процессы электропривода при скачкообразном и линейном изменениях управляющего сигнала системы.

Исследовать переходные процессы электропривода при скачкообразном изменении нагрузки на валу исследуемого двигателя.

Снять заданные преподавателем частотные характеристики КРТ и КРС замкнутой системы УП-Д.

Обработать экспериментальные результаты и оформить отчет о работе.

Методические указания по выполнению работы

Перед сборкой схемы убедиться, что все автоматические выключатели лабораторной установки находятся в выключенном состоянии, а положения задающих устройств управления электроприводом соответствуют нулевому заданию.

Собрать разомкнутую систему управления тиристорным преобразователем, включив в нею задатчик интенсивности (ЗИ), регуляторы скорости (РС) и тока (РТ), установленные в режим пропорционального усиления с коэффициентами, обеспечивающими при изменении входного сигнала управления изменение выходного напряжения преобразователя во всем диапазоне. При нулевом значении сигнала управления тиристорным преобразователем и соответствующем ему минимальном выходном напряжении преобразователя автоматическим выключателем АВ10 подключить к нему якорную цепь двигателя. При наличии номинального тока возбуждения двигателя проверить управляемость разомкнутой системы УП-Д. 

Настройка замкнутой системы управления начинается с КРТ двигателя. С этой целью следует предварительно установить нулевое значение сигнала управления преобразователем и затем установить нулевое значение тока возбуждения двигателя. Подготовить к подключению на вход РТ цепь обратной связи по току со стороны датчика тока двигателя. Изменением сигнала управления преобразователем установить в якорной цепи двигателя ток на уровне 30…40% от номинального значения. Кратковременным подключением цепи обратной связи на вход РТ, убедиться, что обратная связь отрицательная. Замкнуть обратную связь по току и установить коэффициент усиления пропорционального РТ, обеспечивающий устойчивость, максимальное быстродействие и желаемое перерегулирование тока двигателя при скачкообразном изменении входного сигнала РТ. При нулевом значении сигнала управления на входе КРТ ввести интегральный канал РТ и установить его постоянную времени, обеспечивающую устойчивость и желаемое качество переходного процесса тока двигателя при скачкообразном изменении сигнала управления на входе РТ. Переходные функции тока двигателя оценивать с помощью осциллографа.

Установить с помощью блока ограничения (БО) в цепи обратной связи РС максимальное выходное напряжение, при котором ток в якорной цепи двигателя будет в замкнутом КРТ ограничен на уровне максимально допустимого.

При нулевом значении сигнала управления на входе РС перевести РТ в пропорциональный режим и установить номинальным ток в обмотке возбуждения двигателя. Подготовить к подключению на вход РС цепь обратной связи по скорости двигателя со стороны его датчика скорости – тахогенератора на валу двигателя. Изменением сигнала управления преобразователем установить скорость двигателя на уровне 30…40% от номинального значения. Кратковременным подключением цепи обратной связи по скорости на вход РС, убедиться, что обратная связь отрицательная. Замкнуть обратную связь по скорости двигателя, восстановить в РТ ранее определенное значение постоянной времени интегральной составляющей его передаточной функции и установить коэффициент усиления пропорциональной части РС, обеспечивающий устойчивость, максимальное быстродействие и желаемое перерегулирование скорости двигателя при скачкообразном изменении входного сигнала РС. При нулевом значении сигнала управления на входе КРС ввести интегральный канал РС и установить его постоянную времени, обеспечивающую устойчивость и желаемое качество переходного процесса скорости двигателя при скачкообразном изменении  сигнала управления на входе РС. Переходные функции скорости двигателя оценивать с помощью осциллографа.

Регулировочная характеристика настроенной замкнутой системы УП-Д снимается при отсутствии нагрузки на валу двигателя. При этом должны регистрироваться: напряжение управления на входе ЗИ, напряжения на выходе РС и РТ, выходное напряжение УП, ток и скорость двигателя.

Электромеханическая, механическая и энергетическая характеристики замкнутой системы УП-Д снимаются при заданных преподавателем режимах работы электропривода, включая и режим работы в области токоограничения двигателя вплоть до полной его остановки. При этом регистрируются те же переменные системы управления электроприводом, что и при снятии ее регулировочной характеристики.

При исследовании динамических свойств замкнутой системы ТП-Д снимаются переходные процессы и частотные характеристики электропривода при линейном, скачкообразном и гармоническом изменениях возмущающих воздействий системы, роль которых выполняют напряжение управления на входе КРС и момент нагрузки на валу исследуемого двигателя. При этом выходными координатами системы могут быть выходное напряжение тиристорного преобразователя, ток и скорость двигателя, а также выходные напряжения РС и РТ. Перед снятием переходных процессов и частотных характеристик следует определить уровень и темп изменения возмущающих воздействий, обеспечивающих допустимые ограничения выходных координат электропривода в динамике. 

При осциллографировании напряжения на выходе УП и тока якоря двигателя следует пользоваться датчиками напряжения ДН и тока ДТ, обеспечивающих потенциальное разделение между силовой и измерительной цепями электропривода. Для сравнительного анализа переходных процессов в электроприводе масштаб по времени, выбранный на осциллографе, должен оставаться неизменным.

При снятии частотных характеристик электропривода по управляющему воздействию выход с генератора гармонических сигналов с переменной частотой, находящемуся на панели управления, подключают на вход КРС, а по возмущающему воздействию - на вход управления преобразователем нагрузочного устройства [1].

В отчете следует отразить цель работы, представить функциональную схему экспериментальной установки, привести все экспериментально снятые данные. Регулировочные характеристики должны отражать зависимости напряжений на выходе РС, РТ и УП, скорости и тока двигателя от напряжения управления на входе ЗИ. Электромеханическая и механическая характеристики замкнутой системы УП-Д должны содержать зависимости скорости двигателя, а также напряжений на выходе РС, РТ и УП от тока (момента) двигателя. 

Переходные характеристики должны содержать масштабы координат и времени. Частотные характеристики контуров регулирования электропривода построить в логарифмическом масштабе и сопоставить их с соответствующими асимптотическими ЛАЧХ, дать их анализ. На основе экспериментальных данных рассчитать КПД и cosj исследуемой системы электропривода, построить их зависимости от скорости и момента двигателя при заданных преподавателем условиях эксперимента. Сформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

Изложите последовательность действий при настройке контуров регулирования и пуске системы электропривода.

Укажите численные значения максимально допустимых координат исследуемого электропривода и причины их ограничения.

Как и на какие показатели системы влияют коэффициенты усиления пропорциональной части регуляторов тока и скорости двигателя?

Как и на какие показатели системы влияют постоянные времени интегральной составляющей передаточной функции регуляторов тока и скорости двигателя?

Как и на какие показатели системы влияет уровень ограничения выходного напряжения регулятора скорости?

Изложите последовательность и особенность снятия механических характеристик электропривода в системе УП-Д, включая и режим токоограничения двигателя.

В каких энергетических режимах работают машины установки при экспериментальных исследованиях?

Как определяются КПД и cosj электропривода в исследуемой системе?

Объясните характер переходных процессов при пуске и реверсе двигателя в исследуемой системе.

 Объясните характер частотных характеристик контуров регулирования исследуемого электропривода.

Курс электрических цепей