ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
Тема                    Вивчення складу та принципу дії вимірювально-діагностичного комплексу для визначення параметрів енергетичного процесу в електромеханічних системах
Мета роботи      Отримання практичного досвіду з використовування вимірювально-діагностичного комплексу для визначення параметрів енергетичного процесу в електромеханічних системах.
1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Електричні машини (ЕМ) різних типів із-за специфічних пошкоджень в результаті відмов, ремонтують в умовах спеціалізованих цехів та підприємств, але, не обладнаних спеціальною технічною базою. Вирішальною частиною ремонту машин є їх випробування, яке проводиться з метою підтвердження установлених у стандартах та технічних умовах характеристик електричних машин та експериментального визначення кількісних показників надійності двигуна, але по визначенню тільки одного якогось параметру.

У практиці випробування електричних машин широко застосовуються спеціалізовані станції, однак при великому спектрі продукції, що ремонтується, необхідно мати широкий парк випробувального обладнання, яке практично неможливо реалізувати в умовах електроремонтних цехів. Очевидна необхідність спрощення процедури випробування. Це можливо за умови використовування нових технічних рішень, застосування автоматизованих управляючих та обчислювальних комплексів для дослідження характеристик ЕМ.

На сьогоднішній день розроблено ряд вимірювально-діагностичних комплексів (ВДК) для діагностики машин змінного і постійного. Загальний вигляд ВДК для діагностики машин змінного струму показано на рис.4.1.



Рисунок 4.1 - Структурна схема ВДК
Спектр задач які можливо вирішити за допомогою ВДК:

1.           Автоматичне вимірювання величин, що контролюються, їх обробка та оперативна видача для контролю при виконанні операцій випробування;

2.           Створення систем автоматичного управління процесів випробування з метою підтримування тих чи інших параметрів в заданих межах;

3.           Отримання додаткової інформації для визначення діагностичних признаків з метою вирішення задач із визначення якісних характеристик, працездатності електричних машин;

4.           Підготовка та видача документації на випробування електричної машини, в том числі з техніко-економічними показниками (вартість, гарантійний строк, енергетичні показники).


Склад та принцип дії вимірювально-діагностичного комплексу

В склад ВДК входять наступні елементи:

—              перетворювач, в якості якого могуть бути використані: ТРН, ПЧ, ШІМ, ШІП. Данні пристрої служать для створення різних навантажувальних та регулювальних режимів роботи випробувальної машини;

—              система датчиків фізичних величин (датчики напруги, струму, вібрації, радіофону, швидкості и т.п.). Дані з системи датчиків характеризують режими роботи випробувальної електричної машини;

—              об’єкт дослідження, в якості якого можуть бути використані машини як змінного так і постійного струму;

—              обчислювальний пристрій, в якості якого можуть використовуватися спеціалізовані ЕОМ або мікропроцесор, спеціально виготовлені з цією метою;

—              пристрій вводу/виводу інформації, відображення (клавіатура, дисплей, друкуючій пристрій) та зв’язку з об’єктом (перетворювачі аналогової інформації в придатній для використання в обчислювальних пристроях, перетворювачі цифрової інформації, що поступають від ЕОМ в мережі управління).

В стенді застосовується ТРН, це обґрунтовано рядом причин:

—      ТРН простий при створені та експлуатації;

—      ТРН забезпечує необхідні регулювальні характеристики, а також створює необхідну полігармонійну напругу живлення для дослідної машини;

—      порівнюючи з ПЧ, дешевше та його легше найти або розробити.

Схема перетворювача на основі ТРН показана на рис.4.2. Для управління ТРН застосовується система імпульсно-фазового управління (СІФУ), дана система може бути як аналоговою, так і цифровою. Принцип дії полягає у формуванні управляючих імпульсів для управління тиристорами окремо для кожного тиристора з кожної фази. Тиристори ввімкнені зустрічно-паралельно. В даному випадку застосовуються оптотиристори ТО 125 - 12,5. Управляючий сигнал від СІФУ приходить на світлодіоди, які в залежності від величини управляючого сигналу загоряються то яскравіше, то темніше, тим самим проводиться управління відкриттям тиристорів. Для захисту силових вентилів від перенапружень виникаючих: під час короткого замикання, при тривалому перевантажені за струмом, при електричному пробої вентилів, застосовують RC-ланцюг. Параметри RC-ланцюгів розраховують в залежності від навантаження.

 

Рисунок 4.2 - Схема включення ТРН
Для отримання миттєвих значень струму та напруги в ланцюзі статора ввімкнутий блок датчики, який складається з трансформаторів струму та напруги (рис.4.3). Дані значення пропорційні тим значенням, які на справді в дослідній машині і мають аналоговий вигляд. Це пов’язано з тим, що вхідні сигнали плати аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) обмежені рівнем напруги 10В. Сигнали з АЦП поступають в ЕОМ для наступної їх обробки та передачі для використання іншими користувачами. Крім цього, логічна універсальність ЕОМ при достатній її швидкодії позволяє одночасно з рішенням основних задач обробки сигналів, одночасно керувати пристроями захисту, комутацією апаратури та датчиками. До захисних пристроїв відносять такі, при спрацьовуванні яких вимагається, як правило, швидке ввімкнення у роботу мережного захисту перетворювача, відімкнення комутаційної апаратури в мережі постійного струму, а при їх відсутності в мережі змінного струму. До захисних пристроїв відносять звичайно датчики аварійного струму, запобіжники в мережі тиристорів та в схемах захисту від перенапружень і таке інше. Весь цей комплект захисних пристрої повинен обов’язково бути ввімкненим у склад автоматизованої випробувальної станції, так як це підвищить надійність роботи обладнання, що підвищить строк його служби.



Рисунок 4.3 - Включення датчиків струму та напруги
2 ХІД РОБОТИ
2.1            Вивчити склад та принцип роботи вимірювально-діагностичного комплексу.

2.2            Вивчити правила безпеки при роботі на стенді.

2.3            Провести зовнішній огляд стенду рис. 4.4.

2.4            Переконатись, що стенд заземлено.

2.5            Ознайомитися з роботою стенда, схема стенда наведена на рис.4.4



Рисунок 4.4 - Схема стенду для діагностики ЕМ
2.6            Ввімкнути ввідний автомат AB1, що подає напругу живлення на стенд.

2.7            Ввімкнути автомат AB2, та натиснути кнопку SA1, щоб подати напругу живлення на тиристорний регулятор напруги та систему імпульсно-фазового управління.

2.8            За допомогою системи імпульсно-фазового управління змінюючи кут управління для відкриття тиристорів, який контролюємо за допомогою цифрової панелі, розташованої на лицевій панелі стенду, запускаємо досліджуваний двигун. За допомогою приладів А1, V1, Р1 спостерігаємо за величинами струму, напруги та потужності.

2.9            Використовуючи кнопки для вибору величини кута управління, проводимо ряд експериментів. Отримані дані з приладів, що знаходяться на лицевій панелі стенду фіксуються у таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.

Параметр	Значення
І, А
U, B
°

2.10        Використовуючи ЕОМ знімаємо експериментальні дані за допомогою програмного забезпечення встановленого на ПК

2.11        Побудувати по експериментальним даним графіки залежностей , , .

2.12        Побудувати по експериментальним даним графіки миттєвий струмів та напруги ,

2.13        За допомогою перемикача, від’єднати одну з фаз, тим самим створити режим обриву фази. Повторити пункти 2.9 - 2.12

2.14        Ввімкнути автомат AB3, для живлення системи управління БУ – 3609 для обмотки збудження двигуна постійного струму, який використовується в якості навантажувальної машини.

2.15        Змінюючи величину опору R_ЗБ, установити величину навантаження, зазначену викладачем

2.16        Повторити пункти 2.9 – 2.12.

2.17        Оформити звіт з описом та висновками, що до виконання роботи.
3 ЗМІСТ ЗВІТУ
1.     Титульний аркуш лабораторної роботи.

2.     Тема, мета лабораторної роботи.

3.     Короткі теоретичні відомості.

4.     Схема експериментальної установки.

5.     Короткий опис проведення лабораторної роботи.

6.     Таблиці та графіки експериментальних величин.

7.     Висновок щодо виконання лабораторної роботи.
4 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1.     Пояснити необхідність застосування вимірювально-діагностичного комплексу.

2.     Пояснити задачі які вирішаються за допомогою вимірювально-діагностичного комплексу.

3.     Пояснити склад та принцип дії вимірювально-діагностичного комплексу..

4.     Пояснити застосування тиристорного регулятора напруги, його склад та принцип дії.

5.     Яким чином здійснюється управління тиристорним регулятором напруги?

6.     Які особливості ввімкнення датчиків струму та напруги.

7.     Для чого застосовується плата АЦП-ЦАП.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Тема:                   Аналіз складових напруги, струму та потужності в схемах з тиристорним  перетворювачем напруги
Мета роботи:      Придбання практичних навичок з визначення параметрів складових напруги, струму та потужності тиристорного регулятора з використовуванням вимірювально-діагностичного комплексу; закріплення теоретичних відомостей з розкладення функції струму, напруги та потужності в ряд Фур’є для отримання ортогональних складових.
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
При проведені випробування (діагностики) електричних машин необхідно знати, яке спотворення вносить у процес енергообміну тиристорний регулятор напруги, так як останній являється джерелом полігармонійної напруги та струму, що впливає на якість та кількість перетворення енергії в двигуні.

В такому випадку необхідно отримані значення напруги та струму представити у вигляді ряду Фур’є.

,                                     (5.1)

,                                     (5.2)

де      U₀, I₀ — нульова складова напруги та струму;

Ua_n, Ia_m, — амплітуди косинусної складової напруги та струму;

Ub_n, Ib_m —амплітуди синусної складової напруги та струму;

n — номер гармоніки напруги;

W — частота 50 Гц.

,                                                             (5.3)

,                                                 ^(5.4)

,                                                 ^(5.5)

,                                                                   (5.6)

,                                                    ^(5.7)

.                                                     ^(5.8)

де N – кількість точок за період функції.

Амплітуди гармонік напруги та струму визначаються у формі векторної суми амплітуди косинусної та синусної складової напруги:

,                                                                       (5.9)

.                                                                         (5.10)


Діючі значення напруги та струму визначається:

,                                                     (5.11)

.                                                         (5.12)

По отриманим значенням напруги та струму представлених у виді ряду Фур’є в подальшому можна проводити аналіз процесів, що проходять в дослідній машині енергетичних процесів, під якими розуміють миттєву потужність з її складовими, коефіцієнт активної потужності, коефіцієнт реактивності и т.д.

Миттєву потужність отримують шляхом перемноження миттєвих напруги та струму:

                     ^(5.13)

де      Р₀ — постійна складова потужності;

Рa_k, Pb_k — амплітуди косинусної та синусної складової потужності.

k — номер гармоніки потужності, яка визначається з співвідношення
k = n ± m. Якщо m = n тоді . Та обставина, що гармоніки струму та напруги перемножуються (як однойменні, так і різнойменні), що позволяє зробить висновок о наявності деякого спектру гармонік миттєвої потужності. Порядок їх залежить від n_max та m_max; максимальна частота миттєвої потужності, як слід з наведеного .


Ефективне значення k-ої гармоніки миттєвої потужності визначається сумою її складових:

,                                                                 (5.14)

а амплітуда:

                                                                       (5.15)

Максимальне число гармонік для n_max = m_max = 10 повинно бути рівне 20.

Ефективна потужність однієї фази визначається за формулою:

.                                              (5.16)

Повна потужність, отримується через ефективне значення струму та напруги:

,
2. ХІД РОБОТИ
2.1       Провести зовнішній огляд стенду рис. 5.1.

2.2       Переконатись, що стенд заземлено.

2.3       Ознайомитися з роботою стенда, схема стенда наведена на рис.5.1

2.4       Ввімкнути ввідний автомат AB1, що подає напругу живлення на стенд.

2.5       Ввімкнути автомат AB2, та натиснути кнопку SA1, щоб подати напругу живлення на тиристорний регулятор напруги та систему імпульсно-фазового управління.

2.6       За допомогою системи імпульсно-фазового управління змінюючи кут управління для відкриття тиристорів, який контролюємо за допомогою цифрової панелі, розташованої на лицевій панелі стенду, запускаємо досліджуваний двигун. За допомогою приладів А1, V1, Р1 спостерігаємо за величинами струму, напруги та потужності.



Рисунок 5.1 - Схема стенду для діагностики ЕМ

2.7       Використовуючи кнопки для вибору величини кута управління, проводимо ряд експериментів. Використовуючи ЕОМ фіксують зняті експериментальні дані за допомогою програмного забезпечення встановленого на ПК

2.8       Побудувати за експериментальним даними графіки миттєвих струмів та напруги ,

2.9       Провести розкладення миттєвих значень напруги та струму в ряд Фур’є, та визначити їх ортогональні складові.

2.10  Визначити миттєву потужність за формулою (5.13), та її ортогональні складові.

2.11  Звести у таблицю значення ортогональних складових струмів, напруги та потужності.

2.12  Побудувати графіки ортогональних складових струмів, напруги та потужності.

2.13  За допомогою перемикача, від’єднати одну з фаз, тим самим створити режим обриву фази. Повторити пункти 2.8 - 2.11

2.14  Ввімкнути автомат AB3, для живлення системи управління БУ – 3609 для обмотки збудження двигуна постійного струму, який використовується в якості навантажувальної машини.

2.15  Змінюючи величину опору R_ЗБ, установити величину навантаження, зазначену викладачем

2.16  Повторити пункти 2.8 – 2.11.

2.17  Оформити звіт з описом та висновками, що до виконання роботи.




3 ЗМІСТ ЗВІТУ
1.           Титульний аркуш лабораторної роботи.

2.           Тема, мета лабораторної роботи.

3.           Короткі теоретичні відомості.

4.           Схема експериментальної установки.

5.           Короткий опис проведення лабораторної роботи.

6.           Таблиці та графіки експериментальних величин.

7.           Висновок щодо виконання лабораторної роботи.
4 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1.           Навести формули для розкладення в ряд Фур’є миттєвих значень струму, напруги та потужності.

2.           Яким чином визначити період для розкладення миттєвих значень струму та напруги.

3.           Як визначити діючі значення струму та напруги.

4.           Пояснити застосування тиристорного регулятора напруги, його склад та принцип дії.

5.           Яким чином визначити кількість гармонік потужностей.

6.           Яким чином визначити період для розкладення миттєвих значень потужності.

7.           Яким чином визначити ефективну та повна потужність?