reforef.ru 1


Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный университет печати


ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Лабораторные работы

для специальностей

220201.65 « Управление и информатика в технических системах»,

220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств»,

150407.65 «Полиграфические машины и автоматизированные комплексы»

Москва

2008

Утверждено

Ученым советом

факультета цифровых систем

и технологий

Составители: В.Б. Никаноров, доцент.

Лабораторные работы подготовлено на кафедре

электротехники и электроники
Печатается в авторской редакции.

© В.Б. Никаноров, 2008

© Московский государственный

университет печати, 2008

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ 3

Лабораторная работа 1
«Изучение аппаратуры управления и защиты, простейших схем управления электропривода» 7

Лабораторная работа 2
«Изучение конструкции и характеристик магнитных цепей с постоянной магнитодвижущей силой» 15

Лабораторная работа 3 27

«Исследование параметров однофазного трансформатора» 27

Лабораторная работа 4 38

«Моделирование однофазного трансформатора в среде EWB» [2] 38

Лабораторная работа 5 45

«Исследование характеристик асинхронного электропривода» 45

Лабораторная работа 6
«Характеристики электропривода с асинхронным двигателем при однофазном питании» 52

Лабораторная работа 7 59

«Моделирование электромеханических характеристик электропривода постоянного тока в EWB» 59

Литература 69


ВВЕДЕНИЕ

Электромеханическая система представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих электрических, электромеханических, электронных, механических и информационных преобразователей энергии.

Наиболее важным классом электромеханических систем для полиграфии является системы электропривода, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую энергию движения рабочих органов полиграфических машин.

Цикл содержит 7 лабораторно-практических работ по курсу «Электромеханические системы», которые посвящены исследо­ванию характеристик электропривода малой мощности.

Лабораторные работы выполняются на электротехническом стенде, содержащем реальные источники питания и электромеханические и электромагнитные преобразователи, или с использованием моделирующей программы Electronics Workbench (EWB).

В качестве объектов исследования выбраны наиболее распространенные в полиграфии асинхронный электропривод при трехфазном и однофазном питании, электропривод постоянного тока, аппаратура регулирования, пуска и защиты электропривода, электромагнитные преобразователи - трансформаторы.

При подготовке к лабораторным работам следует руководствоваться лекционным материалом и библиографическим списком.
ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1.Ознакомиться с устройством наиболее распространенных в полиграфии электроприводов и входящих в их состав электрических машин, аппаратов и измерительных устройств.

2.Овладеть методикой и техникой проведения электротехнического эксперимента.

3.Овладеть методикой и техникой моделирования электромагнитных и электромеханических преобразователей с использованием стандартных программных средств.

4.Выработать навыки анализа рабочих характеристик электроприводов по результатам эксперимента.

5.Подтверждение на практике основных положений теоретической части курса.
ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОМУ ЗАНЯТИЮ

Программа расчетно-экспериментальных исследований может быть успешно выполненной в отведенное время только при тщательной предварительной подготовке к ним.


Перед началом лабораторных занятий студент должен:

1) четко представлять себе предстоящий эксперимент,

2) знать соответствующий теоретический материал,

3) иметь заготовленный бланк отчета с таблицами и схемами измерений,

4) иметь готовый отчет по предыдущей лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

Лабораторные работы выполняются бригадами. Каждая бригада работает за закрепленным за ней стендом (компьютером). Выполнению работы предшествует проверка подготовки студента. При этом студент должен предъявить заготовленные дома таблицы, результаты проведенных расчетов и подробную программу экспериментов. После допуска студента к работе он должен получить у инженера лаборатории необходимое оборудование. О допуске студента к работе преподавателем делается отметка в журнале и на рабочем протоколе.

Студенты, допущенные к работе, выполняют ее в соответствии с описанием и составленной ими программой экспериментов. Работа считается законченной после просмотра и утверждения преподавателем черновика отчета.

По окончании работы студенты должны выключить все источники питания на своем рабочем месте, разобрать схему испытаний и сдать оборудование инженеру лаборатории.

При выполнении работ в лаборатории следует руководствоваться инструкцией по технике безопасности.
ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ
1. Все работающие в лаборатории должны быть знакомы с правилами техники безопасности. Студенты, приступающие впервые к работам, после ознакомления с правилами расписываются в специальном журнале.

2. Прежде чем приступить к работе, нужно проверить, выключено ли напряжение питания на стенде. При сборке схемы, во избежание короткого замыкания, необходимо выставить движки потенциометров в среднее положение, а движок автотрансформатора - в левое крайнее положение. Неиспользованные после сборки схемы провода надо убрать со стенда в отведенное для них место.


3. Запрещается включать схему под напряжение без предварительной ее проверки лаборантом или преподавателем.

4. В случае обнаружения неисправностей элементов схемы, а также появления дыма, искрения или специфического запаха перегретой изоляции, необходимо срочно отключить напряжение на стенде и о неисправности сообщить преподавателю или лаборанту.

5. Все изменения в схеме производить только при выключенном стенде.

6. Запрещается касаться токоведущих частей схемы, находящихся под напряжением, а также вращающихся частей электрических машин и тормоза.

7. Нельзя отвлекать внимание других студентов от работы, запрещаются громкие и посторонние разговоры, хождение по лаборатории.

8. Окончив работу, нужно обязательно выключить стенд.

9. Студенты, нарушившие правила техники безопасности, немедленно отстраняются от занятий и направляются в деканат.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА
Письменный отчет о выполненной лабораторной работе представляется персонально каждым студентом. Отчет должен содержать:

1) название лабораторной работы,

2) фамилию и инициалы исполнителя,

3) факультет, курс, группа,

4) дату выполнения работы,

5) название работы,

6) цель работы,

7) электрические схемы,

8) таблицу с паспортными данными приборов, ценой деления,

9) таблицу с паспортными данными объекта исследований,

10) таблицы измеренных и вычисленных величин с указанием единиц измерения,

11) основные расчетные формулы,

12) по одному численному примеру нахождения каждой из вычисляемых величин,

13) результаты исследований в графическом оформлении: кривые, диаграммы,

14) выводы по работе.

Отчет должен быть написан чернилами. Рабочие схемы и графики аккуратно вычерчиваются с применением чертежных инструментов. Условные обозначения приборов и других элементов схем должны соответствовать стандарту. Кривые строятся в прямоугольной системе координат на миллиметровой бумаге.

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТЕНДА
Лабораторные работы по электроприводу проводятся на электротехническом стенде ЛСЭ-2, знакомом студентам по общей электротехнике. Отметим специфическое оборудование, используемое только при испытаниях электроприводов.

1.Электромагнитный тормоз применяют в качестве нагрузки при исследовании характеристик электропривода. Он позволяет создать нагрузочный момент до 0,25 Нм. Тормоз содержит 6 катушек, установленных на магнитопроводах. Между полюсами магнитопровода вращается алюминиевый диск, сочлененный через эластичную муфту с валом электродвигателя. Магнитопроводы установлены на корпусе, который может поворачиваться на подшипниках относительно неподвижного основания. На основании размещена шкала, а на корпусе - стрелка и маятник в виде штанги с грузом. Питание к катушкам тормоза подается через проводники, скрученные в виде канителей, чтобы уменьшить создаваемый ими паразитный момент.

Принцип действия тормоза. Катушки тормоза при их подключении на постоянный ток создают постоянный магнитный поток, величина которого пропорциональна току возбуждения. Поток замыкается по магнитопроводу и пересекает плоскость алюминиевого диска. При вращении диска в нем магнитным потоком наводятся вихревые токи. Вихревые токи взаимодействуют с магнитным потоком и создают тормозной момент Мт, действующий на диск и на сочлененный с ним вал электродвигателя. Мощность потерь от вихревых токов Рвт пропорциональна квадрату магнитного потока Ф и частоте перемагничивания, которая непосредственно определяется частотой вращения  испытуемого двигателя.

Мтвт/=кФ22/=кФ2,

где к – коэффициент пропорциональности.

Момент тормоза регулируют путем изменения тока (магнитного потока) возбуждения.

В установившемся режиме работы привода при =const момент, развиваемый двигателем Мд, равен моменту сопротивления Мт на его валу, т.е. Мдт.


При пуске =0 и тормоз не создает момент, что является его недостатком. Поэтому при измерении пускового момента механически фиксируют диск относительно полюсов тормоза с помощью шпильки.

В соответствии с третьим законом Ньютона тормозной момент, действующий на диск, равен моменту, приложенному к подвижному корпусу, и противоположно ему направлен. Этот момент уравновешивается моментом маятника:

М=рLsin ,

где р - вес груза, L- плечо, - угол отклонения стрелки.

Таким образом, по углу отклонения стрелки измерительной системы тормоза можно измерить момент, создаваемый тормозом Мт, а, следовательно, и момент, развиваемый приводом Мд.

2. Фототахометр используется для определения частоты вращения  привода. Он содержит фото импульсный датчик, выполненный в виде диска со щелями, который закреплен на валу электродвигателя. Диск вращается в прорези фотоэлектрического преобразователя, содержащего осветитель и фотодиод, которые установлены по разные стороны от диска. При прохождении щели между осветителем и фотодиодом на последний попадает свет, его сопротивление уменьшается и возникает импульс тока. Частота импульсов пропорциональна частоте вращения вала привода, она фиксируется на цифровом индикаторе частотомера в об/мин.