Uniamo la funzione dei due banchi da lavoro
Descrizione
Il banco da laboratorio è progettato per lavori di laboratorio per lo studio delle macchine elettriche nelle università e nelle scuole specializzate.
La struttura del banco è costituita da una valigetta con installata la seguente attrezzatura: materiale elettrico, schede elettroniche, pannello frontale e piano da tavolo integrato.
All'interno della valigetta è collocata la seguente attrezzatura:
scheda raddrizzatore;
modulo resistenze di carico;
trasformatore trifase da laboratorio;
trasformatore trifase studiato.
Sul pannello frontale sono riportati gli schemi elettrici degli oggetti indagati. Tutti gli schemi mostrati sono divisi in gruppi in base al tema del lavoro di laboratorio condotto. Sul pannello frontale sono installati: prese di commutazione, misuratori da pannello analogici, apparecchiature di commutazione e controller, che consentono di modificare le opzioni degli elementi durante lo svolgimento del lavoro di laboratorio.
I controllori sono:
commutatore autotrasformatore da laboratorio trifase (LAT), che consente di modificare la tensione tra 0..20V con passo 2V e 130..250V con passo 30V;
commutatori di autotrasformatori da laboratorio monofase (LAT), che consentono di modificare la tensione entro 50..110 V con un passo di 10 V;
Commutatori di moduli resistori di carico, che consentono di collegare resistori di diversa resistenza.
Sul pannello del banco sono installate le seguenti macchine elettriche:
motore elettrico asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo - 1 pz.;
motori DC ad eccitazione separata - 2 pz.;
dinamo tachimetrica con eccitazione a magneti permanenti;
selsyn senza contatto.
Per eseguire il lavoro di laboratorio è necessario assemblare lo schema dell'oggetto indagato con l'aiuto di ponticelli unificati, che consentono di assemblare gli schemi senza perdere la loro chiarezza.
Il banco è progettato per la conduzione di laboratori su “Macchine elettriche”.
Strutturalmente la panca è composta da due parti:
alloggiamento, in cui sono installate parte dell'apparecchiatura elettrica, schede elettroniche, pannello frontale, modulo di alimentazione e piano del desktop integrato;
gruppo macchina, che comprende un motore DC, un motore asincrono con rotore avvolto, un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo, nonché un sensore ottico di velocità con la definizione del senso di rotazione.
Il banco può essere integrato con macchinari elettrici sulla base di motori elettrici di piccola (90 W) o grande (0,55 kW) di potenza.
L'alloggiamento del banco contiene:
Convertitore di frequenza per la generazione di una rete CA trifase a frequenza variabile e della tensione di alimentazione di motori asincroni e trasformatori trifase. Il convertitore si basa su un microcontrollore MB90F562 (Fujitsu) e un modulo di potenza intelligente PS11033 (Mitsubishi). Il controller viene utilizzato per calcolare i dati di ingresso (specificando tensione e frequenza) e i segnali di uscita (corrente, tensione), per lo scambio di dati con PC (RS-485) e per visualizzare i valori misurati sul pannello frontale del banco. Il modulo di potenza comprende circuiti di potenza del raddrizzatore a ponte trifase, inverter a ponte trifase su transistor IGBT, nonché driver e circuiti di protezione (cortocircuito, driver di tensione di alimentazione insufficiente, ingresso di segnali di controllo inadeguati). Il convertitore di frequenza permette all'utente di esplorare il motore asincrono in tutti e quattro i quadranti delle caratteristiche meccaniche.
Convertitore di larghezza di impulso per il circuito dell'armatura e l'alimentazione dell'avvolgimento di eccitazione del motore CC, nonché l'alimentazione del circuito del rotore del motore asincrono trifase con rotore avvolto nella modalità motore sincrono e generatore. Il convertitore di larghezza di impulso viene realizzato sulla base dell'elemento di potenza del convertitore di frequenza. Due dei suoi bracci vengono utilizzati per ottenere un PWC simmetrico reversibile e il terzo braccio viene utilizzato come PWC irreversibile per il rotore del motore asincrono trifase. L'alimentazione dell'avvolgimento è implementata su un singolo transistor MOSFET International Rectifier. Il sistema di controllo si basa su un microcontrollore AT Mega163 (Atmel) e implementa il calcolo dei segnali di ingresso (specifica tensione, frequenza e corrente per la frenatura dinamica) e di uscita (correnti di ancora, eccitazione, rotore), fornisce lo scambio di dati con il PC ( RS-485), la visualizzazione dei valori misurati sul pannello frontale del banco. Il convertitore di larghezza di impulso del circuito di armatura del motore CC è integrato con una modalità di sistema chiuso (controllo di corrente o velocità), nonché con la modalità generatore.
L'unità di misura si basa su dispositivi di misurazione digitali. Oltre alle misure di corrente e tensione continua, ciascun canale può calcolare:
valore efficace della corrente e della tensione alternata;
angolo di spostamento tra corrente e tensione, nonché calcolo del cos(φ);
Potenza attiva.
Controllo relè-contattore, che consente all'utente di:
commutare il circuito del motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo (stella/triangolo);
modificare il valore della resistenza di carico nel circuito trifase;
collegare i motori asincroni alla rete 3 ~ 380/220 V 50 Hz o al convertitore di frequenza;
Resistori nel circuito dell'avvolgimento di eccitazione (due stadi);
Resistenze di carico nel circuito trifase (tre stadi);
Resistenze di smorzamento della sovratensione sui moduli intelligenti.
Il convertitore di frequenza e il convertitore di larghezza di impulso sono accesi per il funzionamento della rete interna (modalità di ripristino) per ridurre il consumo energetico dalla rete.
Tre trasformatori a due avvolgimenti;
Contattori di potenza del sottosistema relè.
Gli schemi elettrici degli oggetti studiati sono raffigurati sul pannello frontale. Tutti gli schemi sono divisi in gruppi in base al tema del laboratorio. Il pannello contiene prese di commutazione, indicatori di dispositivi digitali, quadri e controlli che consentono all'utente di modificare i parametri degli elementi durante il lavoro di laboratorio.
Comandi sul pannello frontale del banco:
potenziometro del setpoint per controllare il convertitore di larghezza di impulso inverso, il segnale di riferimento del sistema chiuso;
potenziometri di riferimento dei convertitori di larghezza di impulso dell'alimentazione per gli avvolgimenti di eccitazione del motore CC e il rotore avvolto del motore asincrono in modalità macchina sincrona;
potenziometri di setpoint del convertitore di frequenza, che consentono la modifica graduale della frequenza di uscita (0 ÷ 163 Hz) e le impostazioni della tensione di uscita (0 ÷ 220 V);
controlli del sottosistema relè.
Per realizzare il laboratorio è necessario assemblare il circuito dell'oggetto studiato, utilizzando ponticelli standardizzati, che consentono all'utente di assemblare il circuito senza perdita di chiarezza.
Al banco del laboratorio si aggiungono software e un insieme di documentazione metodologica e tecnica destinata al personale accademico.
Il banco prevede lo svolgimento dei seguenti laboratori:
1. Studio di un trasformatore di potenza a due avvolgimenti con l'utilizzo del metodo del circuito aperto e del cortocircuito.
Studio del trasformatore monofase in varie modalità, determinazione dei parametri del circuito equivalente e valutazione delle caratteristiche esterne del trasformatore.
2. Determinazione sperimentale di gruppi di connessione di trasformatori trifase a due avvolgimenti.
Studio dei diagrammi vettoriali di tensione per diversi schemi di connessione e determinazione sperimentale del gruppo di connessione del trasformatore trifase.
3. Studio di motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo.
Studio di costruzione e caratterizzazione di motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo mediante metodi di circuito aperto, corto circuito e carico immediato.
4. Studio di metodi di motori asincroni trifase con avviamento con rotore a gabbia di scoiattolo.
Studio dell'avviabilità dei motori asincroni trifase, montaggio circuitale e dimensionamento delle caratteristiche statiche e dinamiche dell'avviamento del motore.
5. Studio di generatori DC con eccitazione parallela.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di generatori DC con eccitazione parallela.
6. Studio di generatori DC con eccitazione separata.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di generatori DC ad eccitazione separata.
7. Studio di motori in corrente continua con eccitazione parallela.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di motori in corrente continua con eccitazione parallela.
8.Studio del trasformatore monofase.
L'oggetto studiato: trasformatore monofase. Durante le attività di laboratorio si studiano gli stati di funzionamento a vuoto, di cortocircuito, del carico e si misurano le caratteristiche esterne del trasformatore.
9.Studio del trasformatore trifase.
Oggetto studiato: trasformatore trifase. Durante il lavoro di laboratorio inattività, cortocircuito, funzionamento a carico
