Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 17.

Лабораторная установка состоит из четырех функционально законченных блоков:

– блок В1 – задающий генератор прямоугольных импульсов, реализованный на операционном усилителе DA1, и интегратор на операционном усилителе DA2, предназначенный для преобразования прямоугольного сигнала в пилообразный;

– блок В2 – модулятор длительности импульсов (МДИ), устройство, имеющее два входа, на один вход подается периодический пилообразный сигнал, на другой – управляющий. В качестве МДИ обычно используется триггер Шмитта;

– блок В3 – инвертор, формирует инвертируемый сигнал, необходимый для управления импульсным усилителем мощности и обеспечения реверса двигателя;

– блок В4 – импульсный усилитель мощности (ИУМ), устройство, усиливающее сигнал с блоков В3, В4 в мощный сигнал, управляющий двигателем.

Рассмотрим работу усилителя мощности. Предположим, что на вход 1 (К3) и вход 2 (К4) ИУМ поступают прямоугольные импульсы положительной полярности со скважностью g = 0,5.

Рис. 17. Принципиальная схема стенда

Это приводит к открыванию всех транзисторов. На якорь двигателя к точкам К5 и К6 приходит усиленный сигнал с g = 0,5. Ротор двигателя уравновешивается, w = 0. Если на вход 1 (рис.18, а) поступает положительный импульс со скважностью g = 0,1, то на вход 2 поступает сигнал с g = 9/10 (рис. 18, б). Импульсы с ИУМ подаются на выводы К5, К6 двигателя. В обмотке якоря двигателя импульсы суммируются, суммарный импульс напряжения приводит якорь во вращение (рис. 18, в). Направление вращения якоря двигателя зависит от скважности импульса, выделяемого МДИ.

Для измерения частоты вращения якоря двигателя в установке используется тахометр.

Рис. 18. Работа усилителя мощности:

а – γ < 0,5; б – γ > 0,5; в – напряжение на якоре двигателя

Порядок выполнения работы

1. Установить ручку регулятора частоты вращения (R 11) в нулевое положение.

2. Включить источник питания лабораторного стенда.

3. Поочередно подключая кабель осциллографа к контрольным точкам К1…К6, зарисовать эпюры напряжений. Эпюры напряжений привести в отчете.

4. Подключить кабель осциллографа к контрольной точке К1 и измерить частоту следования импульсов. Результаты записать в отчет.

5. Определить диапазон регулирования угловой скорости

5.1. Вращая ручку регулятора частоты вращения, добиться нулевого положения тахометра.

5.2. Постепенно увеличивая частоту вращения двигателя, установить минимальные равномерные обороты выходного вала. Частоту вращения контролировать по тахометру и занести в отчет (n _min = …).

5.3. Установить максимальную частоту вращения вала двигателя, замерить показания n _max.

5.4. Рассчитать диапазон регулирования D.

5.5. Повторить операции пп. 5.2, 5.3 и 5.4 при реверсивном вращении вала двигателя. Рассчитать диапазон регулирования D. Сравнить результаты.

6. Определить линейность широтно-импульсного регулятора .

6.1. Подсоединить кабель осциллографа к К5.

6.2. Установить минимальную устойчивую частоту вращения двигателя.

6.3. Замерить длительность импульса t ₁(по осциллографу) и число оборотов n (по тахометру).

6.4. Увеличить частоту вращения двигателя и измерить t ₁и n.

6.5. Сделать 6 – 8 измерений t ₁и n (от n _minдо n _max) и данные занести в таблицу.

Результаты измерений

Параметр	Номер измерения

n, об/мин
t ₁, с
t' ₁, с

6.6. Подсоединить кабель осциллографа к К5 и, обеспечив реверсирование двигателя, произвести операции пп. 6.2 – 6.5.

6.7. Проанализировав график , записать сделанные выводы.

Контрольные вопросы

1. Каким образом можно уменьшить пульсацию тока якоря?

2. Поясните назначение диодов VD 7 – VD 11.

3. Каковы преимущества мостовой схемы ИУМ?

Лабораторная работа №5

Исследование однофазного мостового инвертора.

Цель работы

Изучение электромагнитных процессов, характеристик и энергетических показателей однокомплектного рекуперирующего преобразователя в режимах выпрямления и инвертирования.

Задание и методические указания

1. Предварительное домашнее задание:

а) изучить темы курса: «Управляемые выпрямители», «Непрерывный режим»,«Энергетические показатели», «Ведомые инверторы», [1, с. 312–323, 327–332,338 –344; 2, с. 33–44, 52 – 55, 64 – 70], содержание данной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

б) рассчитать и построить внешние характеристики для двух заданных по варианту углов управления.

в) рассчитать и построить регулировочную характеристику однокомплектного рекуперирующего преобразователя в непрерывном режиме для заданного тока нагрузки Id;

г) рассчитать и построить ограничительную характеристику преобразователя на том же графике, где построены внешние характеристики

д) построить в масштабе друг под другом временные диаграммы вторичных ЭДС e2, инвертируемого напряжения ud, тока нагрузки.

2. Экспериментальное исследование рекуперирующего преобразователя, построенного по мостовой схеме выпрямления, при работе на активно-индуктивную нагрузку с ПЭДС:

а) собрать схему для исследования рекуперирующего преобразователя при работе на активно-индуктивную нагрузку с ПЭДС

б) изучить переход от выпрямительного к инверторному режиму

в) снять регулировочную Ud = F (α) и энергетические характеристики преобразователя при заданном токе нагрузки Id

д) снять осциллограммы выпрямленного напряжения ud и тока нагрузки id при заданных углах управления α1 и α2

е) снять осциллограммы анодного напряжения uа и тока iа через вентиль при заданных углах управления α1 и α2.

ж) по осциллограмме напряжения на вентиле uа, исследовать влияние тока нагрузки Id и угла управления на изменение угла , предоставляемого на выключение тиристора;

з) снять и построить ограничительную характеристику Udmax = F (Id) при

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты:

а) наименование и цель работы;

б) предварительные расчеты и построения;

в) исходные данные, принципиальную силовую схему;

г) обработанные осциллограммы. Указать, чем отличаются осциллограммы для выпрямительного и инверторного режима;

д) результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы;

е) экспериментально снятые и построенные характеристики (регулировочные, внешние, энергетические и ограничительные). Указать область возможной работы инвертора с учетом построенной ограничительной характеристики;

ж) сравнение расчетных и экспериментальных регулировочных и внешних характеристик. Объяснить причины их расхождения;

з) выводы по работе:

· объяснить, чем вызваны отклонения внешних характеристик в области малых токов от расчетных;

· объяснить влияние угла управления и тока нагрузки на энергетические показатели рекуперирующего преобразователя;

· объяснить влияние тока нагрузки Id и угла управления α на угол δ, предоставляемый на выключение тиристора.

Контрольные вопросы

1. Что такое ведомый инвертор?

2. Что такое однокомплектный рекуперирующий преобразователь?

3. Какой вид имеют внешняя и регулировочная характеристики ведомого инвертора в режиме непрерывного тока?

4. Что такое ограничительная характеристика ведомого инвертора?

5. Какие факторы и как влияют на наклон ограничительной характеристики?

6. Как снимаются внешние характеристики?

7. Как снимаются регулировочные характеристики?

8. Как снимается ограничительная характеристика?

9. Что такое опрокидывание инвертора?

10. Как изменяется направление потока мощности при переходе от выпрями-

тельного к инверторному режиму?

11. Что такое коэффициент мощности преобразователя?

12. Как определить коэффициент мощности преобразователя экспериментально?

13. При каких условиях КПД равен нулю? Почему?

14. Как зависит КПД от угла регулирования?

15. Как зависит КПД от тока нагрузки?

16. Чем определяется угол сдвига в преобразователе?

17. Как определить КПД в выпрямительном и инверторном режимах?

18. Порядок включения и выключения лабораторной установки?

19. Какие переключения и при каких условиях запрещается производить?

Лабораторная работа №6

Моделирование трехфазного инвертора.

Цель работы. Моделирование и исследование трехфазного автономного инвертора напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией.

Модель трехфазного инвертора с синусоидальной ШИМ показана на рис.7.1.

Рис.7.1. Модель трехфазного инвертора с синусоидальной ШИМ

гис. /.z. ластроика суосистемы i. Параметры модели:

Напряжение питания U=540 В, сопротивление, включенное в блок питания 0,1 Ома, инвертор (Universal Bridge) -трехфазный мост на IGBT транзисторах, частота модулирующего напряжения - 25 Гц., коэффициент модуляции т=0.9, параметры нагрузки - L=0.1 Гн., R=10 Ом., время моделирования - 0.5 с, шаг моделирования - 0.1 мс.

На рис. 2 показано окно субсистемы 1. Пилообразное напряжение несущей частоты, генерируемое блоком Control System, имеет амплитуду 1 В. Поэтому величина сигнала блока Meg равна коэффициенту модуляции инвертора. На вход блока Subsystem (рис. 2) подано три сигнала: и(1) — амплитуда модулирующего напряжения (блок Mag), u(2) — угловая частота модулирующего напряжения со= 2л£, где f= 25 Гц (блок Omega) и и(3) — текущее время (блок Clock). Во всех моделях шаг дискретизации (Max Step Size = le-4).

Программируемый источник, окно настройки которого показано на рис.3, предназначен для изменения нагрузки инвертора в течение моделирования.

111./ 1 J

Измерительная часть модели содержит 5 блоков (4). Блоком Multimeter измеря мгновенные значения тока нагрузки, напряжения нагрузки, тока в цепи питания и тока в i проводниковом ключе инвертора. Блок Powergui служит для спектрального анализа мгнов! го тока и напряжения нагрузки, зафиксированных блоком Scope. Блок То Workspace служи записи в рабочее пространство Matlab величин, измеренных блоком Subsystem. Содерл блока Subsystem представлено на рис. 4 В этом блоке последовательно измеряются:

• амплитуда первой гармоники тока нагрузки;

• фаза первой гармоники тока нагрузки;

• амплитуда первой гармоники линейного напряжения нагрузки;

• средний ток питания инвертора;

• средний и эффективный токи в полупроводниковом ключе инвертора;

• мгновенные ток и напряжение нагрузки.

Для построения основных характеристик служит программа, представленная в листинге 1. Эти характеристики показаны на рис.5.

Листинг 1

IlLoad=Out(:,l);% Амплитуда первой гармоники тока нагрузки

Fi=Out(:,2);% Фаза тока нагрузки

UlLoad=Out(:,3);% Амплитуда первой гармоники линейного напряжения нагрузки

ISource=Out(:,4);% Средний ток источника питания

IT0=Out(:,5);% Средний ток в пп плече инвертора

IT=Out(:,6);% Эффективный ток в пп плече инвертора

Sll=(1.73*UlLoad.*IlLoad)/2;% Полная мощность в нагрузке

PI 1=S1 l.*cos(Fi*pi/180);% Активная мощность в нагрузке

Ql 1=S1 l.*sin(-Fi*pi/180);% Реактивная мощность в нагрузке

subplot(3,l,l);

plot(HLoad,UlLoad);

grid on;

ylabel('U Load (V)');

subplot(3,l,2);

plot(IlLoad,ISource,IlLoad,ITO,HLoad,IT);

grid on;

ylabel('I Source,ITO,IT (A)');

subplot(3,l,3);

plot(HLoad,Sl l,HLoad,Pl 1);

grid on;

xlabel('Load current (A)');

ylabel('Sl(VA),Pl(Wt)');

Линейное напряжение на выходе инвертора и его спектр представлены на рис.6. Ток на выходе инвертора и его спектр показаны из рис.7.

Рис.7.5.Основные характеристики инвертора.

Рис.7.6. Спектр выходного напряжения инвертора.

Рис.7.7. Спектр тока на выходе инвертора.

Задание

1. Собрать схему модели, выполненную в MATLAB,

2. Рассчитать основные характеристики инвертора.

3. Провести анализ спектра тока и напряжения на выходе инвертора.

Контрольные вопросы

1. Предложите алгоритм расчета КПД инвертора?

2. Какое назначение инвертора напряжения?

3. Какое назначение инвертора тока?

Лабораторная работа №7

Исследование виртуальной модели ВД

Виртуальная модель для исследования ВД показана на рис.7.1. Модель содержит трехфазную магнитоэлектрическую синхронную машину (Permanent Magnet Synchronous Machine), управляемую от трехфазного инвертора (Universal Bridge), блок управления инвертором (PWM Generator) и преобразователь координат dq-abc (блоки Fen, Fcnl,Fcn2), в котором реализуются зависимости:

(1)

В блоке Universal Bridge реализуется усиление входных сигналов в соответствии с уравнениями:

(2)

Рис.8.1. Виртуальная модель ВД с безинерционным каналом ДПР-ПК.

Переходные процессы в ВД при амплитудном значении первой гармоники фазного напряжения равным 1Л=20 В и 1Л=200 В. показаны на рис.8.2, 8.3.

| Рис.8.2. Переходные процессы в виртуальной модели ВД при 1Л=20 В.

_________ Рис.8.3. Переходные процессы в виртуальной модели ВД при U 1=200 В.

Виртуальная модель ВД представляет собой своего рода лабораторный стенд, на котором осуществим исследование не только динамических характеристик ВД, но и статических, электромагнитных, энергетических и спектральных характеристик.

В качестве статических рассмотрим механические характеристики

вд.

В качестве электромагнитных рассмотрим зависимости тока в цепи питания инвертора и тока потребления двигателем от скорости вращения ).

В качестве энергетических рассмотрим зависимости мощности в цепи питания инвертора, полной и активной мощности на выходе инвертора от мощности на валу двигателя (

)•

Из спектральных характеристик рассмотрим спектры напряжения и тока на выходе инвертора. Модель для исследования всех перечисленных характеристик показана на рис.8.4.

Рис.8.4. Модель для исследования статических характеристик ВД.

Рис. 8.5 Механическая характеристика В Д.

Исследование установившихся режимов в модели реализовано путем формирования линейно нарастающего момента на валу ВД (блок Мн) после окончания переходного процесса. Для этого в течение 0.2 с. момент на валу равен нулю.

За это время заканчивается переходной процесс и скорость ВД достигает значения скорости холостого хода. В течение последующих 0.2 с. момент плавно нарастает от нуля до 100 Нм. Результаты моделирования в этом промежутке времени записываются в рабочее пространство Matlab блоком То Workspace с последующим расчетом всех перечисленных характеристик.

Результаты расчета экспортируются в Excel для построения этих характеристик. Механическая характеристика ВД показана на рис 8.5

Электромагнитные и энергетические характеристики показаны на рис.8.6.

Рис.8.6. Электромагнитные и энергетические характеристики ВД.

Спектральные характеристики напряжения и тока на выходе инвертора снимаются в установившемся режиме при постоянном моменте нагрузки на валу ВД с использованием блоков Scope и Powergui. На рис.8.7 показано выходное линейное напряжение инвертора и его спектр, а на рис.8.8 - ток на выходе инвертора и его спектр.

Рис.8.7. Форма и спектр линейного напряжения питания ВД.

Рис.8.8. Форма и спектр тока в фазе ВД.

1. Собрать схемы, представленные на рис 6.3 и 6.8.

2. Провести исследование моделей.

Задание

1. Набрать схему модели, выполненную в MATLAB.

2. Рассчитать механические характеристики ВД для разных значений напряжения Vdc.

3. Провести моделирование электромагнитных и энергетических характеристик.

4. Провести спектральный анализ напряжения и тока на выходе инвертора. Контрольные вопросы

1. Предложите алгоритм расчета КПД ВД?

2. Какое назначение инвертора напряжения в схеме ВД?

3. Предложите модель, на базе исследуемой модели, для исследования динамических характеристик ВД.

Литература

1. Герман-Галкин. С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. — СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с. ISBN 978-5-903383-39-9

2. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. В.Дьяконов СПб.: Питер. 2001.

3. MATLAB 6.5 SP1/7.0 Simulink 5/6. в математике и моделировании. В.Дьяконов. М.: СО-ЛОН-Пресс. 2005.

4. MATLAB 7. Ануариев И.Е. Санк-Петерб. «БХВ-Петербург». 2005

5.Герман-Галкин С. Г. Школа MATLAB. Урок 7. Модельное исследование основных характеристик силовых полупроводниковых преобразователей // Силовая электроника. 2008. № 1.

*Особенностью данной схемы является то, что характеристики снимаются при изменении величины противо-эдс и неизменном значении сопротивления нагрузки

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56

Воспользуйтесь поиском по сайту: