close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1562.Автоматизированные системы управления технологическими процессами учеб.-метод

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Магистратура
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Учебно-методическое пособие
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2013
УДК 621.791:681.51(07)
ББК 30.616-05я73
А224
Составитель: Бусыгин Сергей Леонидович
А224 Автоматизированные системы управления технологическими процессами: учебно-методическое пособие [Электронный ресурс] / сост.
С. Л. Бусыгин. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. –
Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM;
Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
Учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические сведения, порядок выполнения работ, список рекомендуемой литературы. По каждой работе
имеется список вопросов для самостоятельной подготовки. В процессе проведения
практических занятий по данному пособию студенты закрепляют знания, полученные при изучении теории по дисциплине «Автоматизированные системы управления технологическими процессами» и получают сведения в области управления
технологическими системами.
Предназначено для магистрантов направления подготовки 150700.68 «Машиностроение» профиля «Оборудование и технология сварочного производства».
УДК 621.791:681.51(07)
ББК 30.616-05я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2013
Учебное издание
Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ
Подписано в свет 08.04.2013 г. Заказ 728.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Издательский центр
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391)206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Практическое занятие 1. Изучение схемы управления
пуска переключением обмотки статора со звезды
на треугольник асинхронного электродвигателя ................................................... 4
Практическое занятие 2. Исследование генераторов постоянного тока
независимого и параллельного возбуждения ........................................................ 9
Практическое занятие 3. Исследование однофазного двухобмоточного
трансформатора ....................................................................................................... 16
Практическое занятие 4. Исследование электродвигателя постоянного тока
независимого возбуждения .................................................................................... 24
Практическое занятие 5. Простейшие линейные электрические цепи
постоянного тока ..................................................................................................... 29
Библиографический список .................................................................................... 32
3
Практическое занятие 1
Изучение схемы управления пуска переключением обмотки статора
со звезды на треугольник асинхронного электродвигателя
Цель работы:
Изучить схему управления пуска асинхронного электродвигателя с переключением обмотки статора со звезды на треугольник.
Программа работы:
1. Собрать и проверить схему управления прямого пуска асинхронного
электродвигателя.
2. Собрать и проверить схему управления пуска переключением «звезда»
- «треугольник».
3. Снять осциллограммы тока и напряжения при прямом пуске и пуске с
переключением «звезда» - «треугольник» статорной обмотки асинхронного
электродвигателя.
4. Оформить отчет о проделанной работе.
Пояснения к работе:
В практической работе используются следующие модули:
- модуль питания (МП);
- модуль «Релейно-контакторная схема» (РКС);
- модуль «Трансформатор» (МТ);
- модуль «Реле времени» (РВ);
- модуль измерительный (МИ);
- осциллограф.
В данной работе изучаются схемы управления прямым пуском и пуском
с переключением статора со звезды на треугольник асинхронного электродвигателя.
1.1. Прямой пуск асинхронного электродвигателя
Прямым пуском называется такой пуск, при котором обмотки статора
включаются непосредственно в сеть на номинальное напряжение.
Силовая схема для исследования схемы прямого пуска асинхронного
электродвигателя приведена на рисунке 1.1.
Рис. 1.1. Силовая схема
4
Установившиеся значения тока и напряжения фиксируется с помощью
приборов модуля МИ.
Для исследования прямого пуска собирается схема управления, представленная на рисунке 1.2.
Рис. 2.2. Схема управления
Опыт производится в следующей последовательности:
- установить значение тока срабатывания тепловой защиты автомата QF1
и максимальное положение (IA);
- включить автоматический выключатель QF1 модуля MП, при этом срабатывает контактор КМ3;
- нажать кнопку SB1 «Вперед» модуля РКС, осуществляется прямой
пуск асинхронного электродвигателя;
- зафиксировать осциллограммы тока и напряжения прямого пуска;
- зафиксировать установившиеся значения тока и напряжения;
- нажатием кнопки SB2 осуществить остановку электродвигателя.
Повторить опыт несколько раз.
Определить время переходного процесса, пусковой ток.
Данные занести в таблицу 1.1.
Таблица 1.1
tпп, с
Iп, А
Iу, А
Uу, В
Iп/ Iн
где tпп – время переходного процесса прямого пуска; Iп – пусковой ток прямого
пуска; Iу – установившиеся значение тока; Uу – установившиеся значение напряжения; Iп/ Iн – кратность пускового тока; Iн – номинальный ток двигателя.
5
1.2. Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник
Пуском с переключением обмотки статора со звезды на треугольник называется такой способ пуска, при котором в начале пуска обмотка статора
включается в «звезду», а при достижении нормальной частоты вращения переключается в «треугольник».
Данный способ пуска проводится при пониженном напряжении.
Силовая схема для исследования пуска асинхронного электродвигателя с
переключением обмотки статора со звезды на треугольник представлена на
рисунке 1.3.
Рис. 1.3. Силовая схема
Понижение напряжения осуществляется с помощью модуля «Трансформатор» (МТ).
Для исследования пуска с переключением обмотки статора со звезды на
треугольник собирается схема управления, представленная на рисунке 1.4.
Рис. 1.4. Схема управления
На рисунке 1.4. выделен модуль «Реле времени» (РВ).
6
При нажатии кнопки «Вперед» происходит пуск асинхронного электродвигателя. Выходы обмотки статора соединены в звезду. Запускается отчет реле времени КТ1. По истечение установки времени реле КТ1 срабатывает его
контакт КТ1.1, который подает напряжение на управляющую обмотку контактора КМ5. Контактор КМ5 переключает выхода обмотки статора со звезды на
треугольник.
Опыт проводится в следующей последовательности:
- установить значение тока срабатывания тепловой защиты автомата QF1
в максимальное положение (IA);
- на реле времени КТ1 установить время через которое сработает контактор КМ5;
- перевести реле времени КТ1 в режим работы IR;
- включить автоматический выключатель QF1 модуля МП;
- нажать кнопку SB1 «Вперед» модуля РКС;
- зафиксировать осциллограммы пуска асинхронного электродвигателя с
переключением обмоток статора со звезды на треугольник;
- зафиксировать установившиеся значения тока и напряжения;
- нажатием кнопки SB2 осуществить остановку электродвигателя.
Повторить опыт несколько раз.
Данные занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2
tпп, с
Iпз, А
Iпт, А
Iуз, А
Iут, А
Uуз, В
Uут, В
Iпз/ Iн
Iпт/ Iн
где tпп – время переходного процесса пуска асинхронного электродвигателя с
переключением обмоток статора со звезды на треугольник; Iпз – пусковой ток
при соединении выходов обмоток статора в звезду; Iпт – пусковой ток при соединении выходов обмоток статора в треугольник; Iуз – установившееся значение тока при соединении выходов обмоток статора в звезду; Iут - установившееся значение тока при соединении выходов обмоток статора в треугольник;
Uуз – установившееся значение напряжения при соединении выходов обмоток
статора в звезду; Uут – установившееся значение напряжения при соединении
выходов обмоток статора в треугольник; Iпз/ Iн – кратность пускового тока при
соединении выходов обмоток статора в звезду; Iпт/ Iн – кратность пускового
тока при соединении выходов обмоток статора в треугольник; Iн – номинальный ток двигателя.
7
Контрольные вопросы
1. Как осуществляется пуск асинхронного электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник?
2. В чем достоинства и недостатки такого способа пуска по сравнению с
другими способами пуска (автотрансформаторным, прямым)?
3. При каком способе пуска асинхронного электродвигателя время переходного процесса tпп больше?
8
Практическое занятие 2
Исследование генераторов постоянного тока независимого
и параллельного возбуждения
Цель работы:
Исследовать рабочие свойства генераторов постоянного тока путем снятия опытных характеристик.
Программа работы:
1. Изучить схему для экспериментального исследования генератора постоянного тока (в дальнейшем изложении ГПТ), состав и назначение модулей,
используемых в работе.
2. В лаборатории собрать схему для проведения каждого опыта и провести пробное включение.
3. Снять внешнюю характеристику ГПТ параллельного возбуждения (с
самовозбуждением) Uя=f(Iя) при регулировочном сопротивлении в цепи возбуждения rpr=0.
4. Снять характеристику холостого хода ГПТ независимого возбуждения
Uя=f(ig) при Iя=0 и n=const.
5. Снять характеристику короткого замыкания ГПТ независимого возбуждения Iя=f(iв) при Uя=0 и n=const.
6. Снять внешнюю характеристику ГПТ независимого возбуждения
Uя=f(Iя) при iв=const.
7. Снять регулировочную характеристику ГПТ независимого возбуждения iв= f(Iя) при Uя= const.
8. Обработать результаты экспериментов и составить отчет по работе.
Пояснения к работе:
В практической работе используются следующие модули:
- модуль питания стенда (МПС);
- модуль питания (МП);
- модуль измерительный (МИ);
- модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС);
- силовой модуль (СМ);
- модуль автотрансформатора (ЛАТР).
Генератор постоянного тока (М2) входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя асинхронную машину переменного тока (М1), а
также импульсный датчик частоты вращения (М3).
9
2.1. Внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения
Внешняя характеристика представляет собой зависимость Uя=f(Iя) при
rрг=0 и n=const и снимается на понижение напряжения.
Схема для снятия характеристики приведена на рисунке 2.1.
Рис. 2.1. Схема для снятия внешней характеристики ГПТ
параллельного возбуждения
В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором М1, запитываемый трехфазным напряжением 3х380 В.
Якорная цепь генератора постоянного тока подключается к регулируемому сопротивлению RP1 МДС№2. Обмотка возбуждения LM включается параллельно якорной цепи.
Для контроля тока статора Iс приводного двигателя, тока нагрузки Iя и
напряжения генератора Uя используются стрелочные приборы модуля измерительного.
Опыт проводится в следующей последовательности:
- установить переключатель SA1 МДС2 в положение «∞»;
- включением автоматов QF1 и QF2 модулей питания генератор приводится во вращение при отключенной нагрузке. Контролируется напряжение на
зажимах генератора. Если напряжение Uя отсутствует, то это означает, что
магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения, направлен навстречу потоку остаточной индукции и следует поменять полярность обмотки
возбуждения машины постоянного тока при отключенных автоматах QF1 и
QF2.
Напряжение генератора при токе нагрузки Iнагр=Iя=0 заносят в таблицу
2.1.
Таблица 2.1
Uя, В
Iя, А
10
После снятия точки холостого хода переключением SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 изменять сопротивление в сторону уменьшения,
увеличивая таким образом ток нагрузки. Изменять ток нагрузки до 1,5 А данные опыта занести в таблицу 2.1.
2.2. Характеристика холостого хода ГПТ независимого возбуждения
Эта характеристика представляет собой зависимость Eя=f(ia), Iя=0,
n=const. Схема для снятия характеристики приведена на рисунке 2.2.
Рис. 2.2. Схема для снятия характеристик ГПТ независимого возбуждения
В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором М1, который через МИМ подключается непосредственно к модулю МП.
Регулируемое напряжение постоянного тока подается в обмотку возбуждения LM машины постоянного тока от модуля ЛАТР. В якорную цепь двигателя постоянного тока вводится сопротивление RP1 модуля МДС2.
Для контроля тока якоря Iя и напряжения Uя используются приборы модуля МИ.
Для контроля тока статора Ic, напряжения статора Uс и мощности приводного двигателя используется модуль МИМ.
Ток возбуждения рассчитывается по показаниям вольтметра модуля автотрансформатора.
Текущее значение скорости на валу n можно наблюдать на светодиодном
индикаторе силового модуля.
Установить все модули в начальное состояние, для чего при выключенных автоматах QF1 (МПС), QF2 (МП):
11
- рукоятку регулировки выходного напряжения автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой стрелки;
- переключатель SA1 модуля автотрансформатора установить в нижнее
положение;
- переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 установить
в положение «∞».
Опыт проводится в следующей последовательности:
- включением автоматов QF1 и QF2 генератор постоянного тока проводится во вращение и при ip=0 измеряют напряжение от потока остаточной индукции вольтметром модуля измерительного. Данные занести в таблицу 2.2;
- включить переключатель SA1 модуля автотрансформатора, ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение возбуждения 220 В
(контроль напряжения на выходе автотрансформатора осуществлять мультиметром модуля измерительного);
- измерять ток возбуждения поворотом ручки автотрансформатора (измерение напряжения возбуждения). Данные опыта занести в таблицу 2.2.
Таблица 2.2
Uвх, В
Uов, В
Iов, А
Uя, В
0
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение. Ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.
Ток возбуждения рассчитывается по известным напряжению обмотки
возбуждения и сопротивлению обмотки возбуждения.
По данным опыта построить характеристику холостого хода и определить степень насыщения магнитной цепи ГПТ при номинальной ЭДС:
Eян= +Iян·Rя,
где Uн – номинальное напряжение, В; Rя – сопротивление цепи якоря.
Коэффициент насыщения К определяется отношением отрезков АС к
АВ (рисунок 2.3).
АС
К
;
АВ
где АС-МДС всей магнитной цепи; АВ-МДС воздушного зазора.
12
Рис. 2.3. Характеристика холостого хода ГПТНВ
1,2 магнитная цепь слабо насыщена, при К
При К
умеренно насыщена и при К
1,35 – сильно насыщена.
1,2 … 1,35 –
2.3. Характеристика короткого замыкания ГПТ
независимого возбуждения
Эта характеристика представляет собой зависимость Iя=f(iв) при Uя=0 и
n=const и снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора
накоротко.
Опыт проводится по схеме, представленной на рисунке 2.2:
- переключатель SA1 модуля автотрансформатора установить в нижнее
положение;
- ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой стрелки;
- переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 установить
в положение «0».
Опыт проводится в следующей последовательности:
- включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС И МП соответственно,
запустится приводной двигатель;
- при iв=0 снять значения Iя (из-за наличия остаточного магнитного потока ток якоря может быть отличен от нуля), данную точку занести в таблицу
2.3;
- переключатель SA1 модуля автотрансформатора перевести в верхнее
положение;
- ручкой автотрансформатора плавно увеличивать ток возбуждения до
тех пор, пока Iя=1,5А. Данные занести в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
i в, А
Iя, А
0
13
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение. Ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.
2.4. Внешняя характеристика ГПТ
независимого возбуждения
Эта характеристика Uя=f(Iя) снимается на понижение напряжения при
постоянном токе возбуждения iв=const. Характеристика снимается по схеме,
изображенной на рисунке 2.2.
Чтобы сравнить внешние характеристики ГПТ параллельного и независимого возбуждения, нужно, чтобы они выходили из одной точки, т.е. при Iя=0
напряжения Uя были одинаковыми.
Опыт проводится в следующей последовательности:
- переключатель SA1 модуля МДС2 перевести в положение «∞»;
- включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС МП
соответственно;
- переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;
- ручкой модуля автотрансформатора изменять выходное напряжение
автотрансформатора и установить такой ток возбуждения, при котором Uя было бы равно напряжению генератора параллельного возбуждения при Iя=0
(таблица 2.1) и этот ток возбуждения поддерживать постоянным;
- изменяя переключателем SA1 модуля МДС2 сопротивление в сторону
уменьшения, увеличивают ток нагрузки или ток генератора от Iя=0 до Iя=1,5А.
Данные опыта занести в таблицу 2.4.
Таблица 2.4
Iя, А
Uя, А
I в=
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние. Ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключателем SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.
2.5. Регулировочная характеристика ГПТ
независимого возбуждения
Эта характеристика представляет зависимость iв=f(Iя) при Uя=const и
n=const.
Опыт проводится по схеме рисунка 2.2.
14
Привести модули в исходное положение:
- переключатель SA1 модуля автотрансформатора установить в нижнее
положение;
- ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой стрелки;
- переключатель SA1 модуля МДС2 установить в положение «∞», что
обеспечивает холостой ход генератора.
Опыт проводится в следующей последовательности:
- включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС и
МП соответственно;
- переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;
- плавно вращая ручку автотрансформатора, установить Uя, которое было при номинальном токе Iян при снятии внешней характеристики (таблица
3.4). Эту точку заносят в таблицу 2.5.
- изменяя положение переключателя SA1 модуля МДС2 от положения
«∞» в сторону уменьшения, увеличивают ток якоря, сохраняя при этом напряжение генератора. Это достигается увеличением тока возбуждения вращением
ручки автотрансформатора по часовой стрелке.
Данные опыта заносят в таблицу 2.5.
Таблица 2.5
Iя, А
0
Uвх, В
Uов, В
I в, А
Uя=
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение. Ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.
Контрольные вопросы
1. При каких условиях происходит самовозбуждение ГПТ параллельного
возбуждения?
2. Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения более мягкая, т.е. напряжение на зажимах генератора значительно уменьшается с нагрузкой по сравнению с генератором независимого возбуждения?
3. Как уменьшить напряжение на якоре ГПТ, если ток возбуждения постоянен?
15
Практическое занятие 3
Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора
Цель работы:
Проведение опытов холостого хода и короткого замыкания и расчет по
данным этих опытов параметров схемы замещения и некоторых других зависимостей, характеризующих работу трансформатора при нагрузке, а также поведение трансформатора при внезапном коротком замыкании вторичной обмотки.
Программа работы:
1. Исследовать трансформатор в режиме опыта короткого замыкания:
- определить параметры схемы замещения трансформатора;
- рассчитать напряжение короткого замыкания в процентном отношении,
активную и реактивную составляющие.
2. Исследовать трансформатор в режиме холостого хода:
- измерить коэффициент трансформации;
- определить значение тока и мощности холостого хода при номинальном первичном напряжении;
- рассчитать параметры намагничивающего контура схемы замещения
трансформатора.
3. Снять внешнюю характеристику трансформатора при активной нагрузке и сравнить ее с расчетной.
4. Рассчитать КПД трансформатора и построить зависимость КПД от коэффициента нагрузки.
5. Рассчитать ток внезапного короткого замыкания.
Пояснения к работе:
В практической работе используются следующие модули:
- модуль питания стенда (МПС);
- модуль питания (МП);
- модуль измерителя мощности (МИМ);
- модуль измерительный (МИ);
- модуль автотрансформатора (ЛАТР);
- модуль однофазного трансформатора (ОдТр).
Перед проведением работы необходимо привести модули в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда:
- установить переключатель SA2 модуля однофазного трансформатора в
положение «∞»;
16
- переключатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение,
ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой
стрелки.
В работе используется однофазный двухобмоточный трансформатор.
3.1. Опыт короткого замыкания
Опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении U1К,
при коротком ток в первичной обмотке трансформатора I1К≈I1Н.
Схема для проведения опыта короткого замыкания трансформатора
представлена на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Схема для проведения опыта короткого замыкания
Первичная обмотка трансформатора подключена через МИМ к регулируемому источнику переменного тока модуля ЛАТР.
Опыт проводится в следующем порядке:
- включить последовательно автоматические выключатели QF1 модуля
питания стенда и QF2 модуля питания;
- включить кнопку «Сеть» МИМ;
- включить переключатель SA1 модуля ЛАТР. Установить такое напряжение, при котором ток первичной обмотки трансформатора примерно равен
номинальному току первичной обмотки трансформатора.
Н
Н
Н
Данные опыта заносят в таблицу 3.1.
Таблица 3.1
Данные опыта
U1К,В I1К,А
РК,Вт
К
zК,Ом
Расчетные данные
rК,Ом хК,Ом
UК,%
17
UКА,%
UКR,%
После проведения опыта установить модули в исходное состояние.
Из-за погрешности измерения активной мощности при опыте короткого
замыкания Рк, значения индуктивного сопротивления хК
К
К могут получиться отрицательными.
В этом случае потери короткого замыкания могут быть получены через
сопротивления обмоток трансформатора
РК..
..
·
Н
,
К..
..
·
..
,
где k – коэффициент трансформации трансформатора.
По данным опыта короткого замыкания находят:
- коэффициент мощности при опыте короткого замыкания
РК
К
К·
К
;
- полное, активное и индуктивное сопротивления трансформатора при
опыте короткого замыкания (параметры короткого замыкания трансформатора) приводят к расчетной рабочей температуре 75 0С.
К
К
К
К
К
К
хК
К..
К
К
К..
·
,
,
К,
окр.ср.
К..
,
хК ;
- напряжение короткого замыкания в процентах, активную и реактивную
составляющие напряжения короткого замыкания, %.
К%
Н · К..
Н
18
· 75,
КА%
К %
Н · К..
· 100%,
Н
Н ·хК
Н
· 100%.
3.2. Опыт холостого хода
Опыт холостого хода проводится при номинальном напряжении первичной обмотки и разомкнутой вторичной обмотке трансформатора.
Схема для проведения опыта холостого хода представлена на рисунке
3.2.
Рис. 3.2. Схема для проведения опыта холостого хода
Первичная обмотка трансформатора подключена через МИМ к сети переменного тока модуля МП.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора измеряют с помощью
прибора PV2 модуля измерительного.
Опыт проводится в следующем порядке:
- включить последовательно автоматические выключатели QF1 модуля
питания стенда и QF2 модуля питания;
- включить кнопку «Сеть» МИМ.
Данные опыта занести в таблицу 3.2.
Таблица 3.2
U1,В
Данные опыта
I0,А Р0,Вт
U2,В
Расчетные данные
zm,Ом
rm,Ом
xm,Ом
k
I0
После проведения опыта отключить автоматы QF1, QF2 и установить
модули в исходное состояние.
Расчетные данные.
Коэффициент трансформации трансформатора
19
К
Полное, активное и индуктивное сопротивления намагничивающего
контура «Т»-образной схемы замещения трансформатора, Ом
,
Р
х
,
х
,
Коэффициент мощности при опыте холостого хода трансформатора
Р
·
.
Ток холостого хода трансформатора в долях номинального тока первичной обмотки трансформатора
Н
,
где I1Н – номинальный ток первичной обмотки трансформатора, А.
Н
Н
Н
,
где Sн – номинальная мощность трансформатора, ВА.
3.3. Внешние характеристики трансформатора
Внешние характеристики представляют собой зависимости вторичного
напряжения трансформатора от тока нагрузки U2=f(I2) при U1=U1Н=const;
=const. Для снятия данных характеристик собирается схема, показанная
на рисунке 3.3.
Однофазный трансформатор подключается к модулю питания на напряжение ~220 В. Для создания нагрузки во вторичную цепь включается регулируемое сопротивление RP2. Контроль параметров в первичной обмотке осуществляется с помощью вольтметра модуля измерительного.
20
Рис. 3.3. Схема для снятия внешней характеристики трансформатора
Опыт проводится в следующем порядке:
- сопротивление RP2 модуля однофазного трансформатора устанавливают переключателем SA2 в положение «∞», что соответствует режиму холостого хода трансформатора;
- последовательным включением автоматических выключателей QF1
(МПС), QF2 (МП) подать переменное напряжение ~220 В на трансформатор;
- изменением положения переключателя SA2 (ОдТр) изменять ток втоН
ричной обмотки до значения Е
.
Н
Данные опыта заносят в таблицу 3.3.
Таблица 3.3
U1, В
Данные опыта
U2, В
I2, А
Расчетные данные
kнг
kтр
I1, А
После проведения опыта отключить автоматы QF2, QF1, вернуть модули
в исходное состояние.
По расчетным данным можно построить внешнюю характеристику
трансформатора и зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки kнг.
,
нг
Н
Опытную и расчетную внешние характеристики трансформатора следует
представить на одном графике и проанализировать их.
Расчетное значение вторичного напряжения U2 при нагрузке в зависимости от коэффициента нагрузки находят из выражения
· 1
21
∆
%
,
где U20 – напряжение вторичной обмотки трансформатора на холостом
ходу, В.
∆U% - процентное изменение вторичного напряжения трансформатора;
,
1 для чисто ак∆ %
нг
КА% ·
%·
тивной нагрузки.
3.4. Коэффициент полезного действия трансформатора
Коэффициент полезного действия трансформатора определяют только
расчетным путем:
1
Р
кг
·
н
· Рк.н.
Р Н
Н
нг
·
нг
· Рк.н.
· 100%
где Рон – потери холостого хода при номинальном напряжении первичной обмотки трансформатора, Вт;
Рк.н.75 – потери короткого замыкания при номинальном токе, приведенные к температуре 75 0С, Вт
Рк/н
кн
·
;
к
где Sн – номинальная мощность трансформатора, ВА
3.5. Ток внезапного короткого замыкания
По данным опыта короткого замыкания и найденным параметрам расчетным способом могут быть определены установившийся и ударный ток внезапного короткого замыкания, А:
кн
Н
Н ·√
К.У.
К
·
1
%
К%
е
,
· КА%
КН%
.
По этим же данным можно построить кривую тока внезапного короткого
замыкания в пределах 4…6 периодов для начальной фазы включения к 0,
приняв к 90°С.
Уравнение кривой тока:
к
/
к
//
к
22
н ·√
к
·
н ·√
к
к
· е хк
Контрольные вопросы
1. Почему ток холостого хода трансформатора очень мал и составляет
несколько процентов от номинального тока?
2. Как объяснить, что при опыте короткого замыкания I1К≈I2К?
3. Чем объяснить, что КПД трансформатора, как правило, определяют
расчетным способом?
23
Практическое занятие 4
Исследование электродвигателя постоянного тока
независимого возбуждения
Цель работы:
Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого
возбуждения, построение энергетических диаграмм электродвигателя.
Программа работы:
1. Изучить схему для экспериментального исследования электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ), состав и назначение
модулей, используемых в работе.
2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТ. Провести
пробное включение.
3. Снять естественную механическую и электромеханическую характеристику.
4. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и
сделать заключение по работе.
Пояснения к работе:
В практической работе используются следующие модули:
- модуль питания стенда (МПС);
- модуль питания (МП);
- модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);
- силовой модуль (СМ);
- модуль преобразования частоты (ПЧ);
- модуль ввода/вывода (МВВ).
Перед проведением практической работы необходимо привести модули
в исходное состояние:
- переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞».
Исследуемая машина постоянного тока входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемую машину постоянного тока М2, нагрузочную машину – машину переменного тока – М1 и импульсный датчик скорости М3.
Для проведения работы на персональном компьютере дожна быть запущена программа Labdrive и выбрана соответствующая работа.
Схема для исследования двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 4.1.
24
Рис. 4.1. Схема для исследования двигателя независимого возбуждения
На рисунке 4.1 между агрегатами М1 и М2 показана механическая связь.
Якорная цепь ДПТ подключается к выходу нерегулируемого источника
постоянного тока МП через датчики тока и напряжения. Обмотка возбуждения
подключается к нерегулируемому источнику постоянного тока МП.
Выходы ДТ, ДН, и ПЧН силового модуля подключаются ко входам А1,
А2 и А3 соответственно модуля МВВ.
Тормозные режимы обеспечивает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты, переведенному в режим регулирования момента.
После перевода ПЧ в режим регулирования момента установить SA1
МДС1 в положение «0» и не менять до окончания работы.
4.1. Естественная механическая
и электромеханическая характеристики
Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока
независимого возбуждения представляет собой зависимость частоты вращения
от момента нагрузки при номинальных значениях напряжения якоря, тока возбуждения и отсутствии дополнительного сопротивления в якорной цепи:
n=f(Iя) при Uя=const, iв=const и Rдя=0.
Опыт проводится в следующей последовательности:
- включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно,
запустится двигатель постоянного тока;
- подать разрешение на работу ПЧ (SA1) и, выбрав переключателем SA2
модуля необходимое направление вращения, задавать с помощью потенцио25
метра RP1 тормозной момент. Если частота вращения двигателя увеличивается, поменять направление задания момента;
- при проведении опыта контролировать ток якоря. Он не должен превышать 1,5А;
- в процессе проведения опыта необходимо снять точку холостого хода,
нескольких точек двигательного режима.
Данные опыта занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
n, об\мин
Iя, А
Uя, В
Ря, Вт
∆Рэля, Вт
∆Рмех.ДПТ, Вт
Рв, Вт
η
ω, 1/с
Мв, Нм
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.
Расчетные данные.
Мощность, подводимая к двигателю, Вт
Ря
я
· я.
Потери в якорной цепи ДПТ, Вт
∆Рэля
я
· я,
где rя – сопротивление якорной цепи ДПТ, Ом.
Мощность на валу двигателя
Рв
Ря
∆Рэл
∆Рмех ДПТ ,
где ∆Рмех ДПТ – механические потери электродвигателя, Вт.
26
Коэффициент полезного действия для двигательного режима
Рв
Ря
,
Частота вращения двигателя, 1/с
· .
Момент на валу двигателя, Нм
Рв
Мв
.
По данным таблицы 4.1 построить механическую, электромеханическую
характеристики, а также зависимость
Мв ,
я .
4.2. Энергетические диаграммы
Энергетические диаграммы представляют собой графическое отображение распределения потерь и показывают направление потоков мощностей в
электроприводе.
Диаграмма отображается в масштабе для конкретного режима работы и
для конкретной точки. Направление потоков мощностей показывается стрелками с указанием величин потерь.
Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на
рисунке 4.2.
Рис. 4.2. Энергетическая диаграмма ДПТ для двигательного режима
В практической работе необходимо построить диаграммы для двигательного режима, а также для режима холостого хода.
27
Контрольные вопросы
1. Как изменить направление вращения ДПТ?
2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его
валу?
3. Почему при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя?
4. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения
и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя?
5. Как изменится вид механической характеристики двигателя, если ввести в цепь якоря добавочное сопротивление Rдя?
6. Нарисовать приблизительный вид энергетической диаграммы в точке
короткого замыкания (моментного тормоза).
28
Практическое занятие 5
Простейшие линейные электрические цепи постоянного тока
Цель работы:
Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в
электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной электрической цепи.
Программа работы:
1. Описать схемы экспериментов и занести полученные экспериментальные данные в таблицы.
2. Данные результатов расчетов относительных погрешностей измерений токов занести в сводные таблицы
3. Оформить отчет о проделанной работе.
Пояснения к работе:
В практической работе используются следующие модули:
- модуль питания (МП);
- модуль мультиметров (ММ);
- наборное поле.
и минимодули резисторов:
- резистор 2 Вт 22 Ом;
- резистор 2 Вт 68 Ом;
- резистор 2 Вт 82 Ом;
- резистор 2 Вт 100 Ом;
5.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль питания, модуль
мильтиметров, наборное поле и минимодули резисторов). Собрать линейную
электрическую цепь с последовательным соединением резисторов рисунок 5.1
в качестве амперметров использовать стрелочные приборы магнитоэлектрической системы. В качестве вольтметра использовать мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Представить схему для проверки преподавателю.
Рис. 5.1. Электрическая цепь с последовательным соединением резисторов
29
5.2. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель
QF1 модуля питания) и источник постоянного напряжения. Измерить ток в цепи, величину напряжения U на входе цепи и напряжения U1 и U2 на резисторах
R1 и R2. Результаты измерений занести в таблицу 5.1. выключить питание.
5.3. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резисторов рисунок 5.2. В качестве амперметра РА1 использовать мультиметр в режиме измерения постоянного тока. Установить предел измерения постоянного
тока 400мА. В качестве вольтметра РV использовать мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Представить схему для проверки преподавателю.
Рис. 5.2. Электрическая цепь с параллельным соединением резисторов
5.4. Включить электропитание стенда и источник постоянного напряжения. Измерить напряжения и токи на всех участках цепи. Результаты занести в
таблицу 5.1.
U, В
Таблица 5.1
Последовательное соединение
Параллельное соединение
U1, В U2, В U= U1+U2,В I1,мА I2,мА U, В I1,мА I2,мА I3,мА I1= I2+ I3,мА
5.5. Рассчитать относительные погрешности измерения токов I2 и I3
стрелочными амперметрами РА2 и РА3. Результаты расчета занести в таблицу
5.2.
Таблица 5.2
РА2
Предел измерения прибора, мА
Класс точности прибора, %
Измеренное значение тока, мА
Относительная погрешность измерения, %
30
РА3
5.6. Проверить выполнение баланса мощностей.
5.7. Сделать выводы о выполнении законов Кирхгофа и о применении
закона Ома в линейной электрической цепи постоянного тока.
Контрольные вопросы
1. Что такое «линейный элемент»?
2. Провести примеры линейных элементов электрических цепей.
3. В каких единицах измеряются сила тока, напряжение, мощность и сопротивление?
4. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и потребляемую им мощность?
5. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и вольтметра
больших и малых электрических сопротивлений.
6. Как определить величину эквивалентного сопротивления при последовательном соединении резисторов?
7. Как определить величину эквивалентного сопротивления при параллельном соединении резисторов?
8. Для исследуемых электрических цепей запишите уравнения по законам Кирхгофа.
9. В чем заключается баланс мощностей в цепи постоянного тока?
31
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной
1. Стефани Е. П. Основы построения АСУТП: учеб. пособие. М.: Энергоиздат, 1982. 352 с.
2. Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины: справочник / под ред. Б. Д. Кошарского. 3-е. изд. Л.: Машиностроение, 1976. 486 с.
3. Теория автоматического управления: учебник: в 2 ч. / под ред.
А. А. Воронова. М.: Высш. шк., 1986. Ч. 1. 367 с. Ч. 2. 504 с.
4. Аязян Г. К . Расчет автоматических систем с типовыми алгоритмами
регулирования: учеб. пособие. Уфа.: Изд-во УНИ, 1986. 35 с.
5. Веревкин А. П., Попков В. Ф. Технические средства автоматизации.
Исполнительные устройства: учеб. пособие. Уфа.: Изд-во УНИ, 1996. 95 с.
6. Бодров В. И., Т. Я. Лазарева Теория линейных систем автоматического регулирования: лекции к курсу «Теория автоматического управления»:
учебник. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 1994. 215 с.
7. Автоматика и автоматизация производственных процессов /
И. И. Мартыненко, Б. Л. Головинский, Р. Д. Проценко, Т. Ф. Резниченко. М.:
Агропромиздат, 1985. 335 с.
8. Лукас В. А. Теория управления техническими системами: учеб. пособие для вузов. 4-е изд., испр. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. 677 с.: ил. 216.
9. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.:
Горячая линия-Телеком, 2006. 452 с.
Дополнительный
1. Практикум по автоматике и системам управления производственными
процессами / под ред. И. М. Масленникова. М. : Энергоатомиздат, 1990. 272 с.
2. Промышленные приборы и средства автоматизации: справочник / под
ред. В.В. Черенкова. Л.: Машиностроение, 1987. 847 с.
3. Измерения в промышленности: справочник: в 3 кн. / В. Бастль и др.;
под ред. П. Профоса; пер. с нем. М.: Металлургия, 1990. 384 с.
4. Кузнецов О. П., Адельсон-Вельский Г. М. Дискретная математика дл
инженера. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. 480 с.
5. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных
устройств на интегральных микросхемах: справочник. М.: Радио и связь, 1990.
304 с.
6. Троп А. Е., Козин В. З., Прокофьев Е. В. Автоматическое управление
технологическими процессами обогатительных фабрик: учебник для вузов. 2-е
изд. М.: Недра, 1986.
32
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
22
Размер файла
522 Кб
Теги
технологическая, метод, 1562, система, процесса, автоматизированной, учеб, управления
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа