Лабораторный стенд Э004 "Электрооборудование подъемного крана"
Комплект учебного оборудования Лабораторный стенд Э004 "Электрооборудование подъемного крана", исполнение: шкаф управления и ноутбук, Лабораторный стенд предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучающих дисциплины «Теория электропривода», «Системы управления электроприводов» «Автоматизированный электропривод типовых промышленных механизмов».
Общие требования:
1. Коммутационное, силовое оборудование, а также элементы управления и индикации располагаются в электромонтажном шкафу, снабженным дверцей, защищающей от проникновения внутрь при проведении лабораторных работ.
2. Стенд содержит физическую модель подъемного крана.
3. Шкаф управления обеспечивает выполнение лабораторных работ и экспериментов при закрытой дверце и закрывать прямой доступ к токоведущим элементам и цепям.
4. Измерение тока и напряжения выполняется датчиками тока и напряжения на основе эффекта Холла с полосой пропускания 0…1000 Гц, при этом обязательным является измерение постоянного тока.
5. Физическая модель подъемного крана содержит машину переменного тока с короткозамкнутым ротором, датчик скорости, редуктор, намоточный барабан.
6. В стенде используются только промышленные преобразователи частоты.
7. Для всех используемых элементов, устройств и приборов указаны конкретные марки, типы и характеристики.
8. В состав лабораторного стенда входят подробные методические указания по проведению лабораторных работ с указанием:
– кратких теоретических сведений; функциональными схемами выполняемых экспериментов;
– описанием последовательности выполнения работ;
– требований к отчету по выполненной работе;
– перечня контрольных вопросов по изучаемому разделу.
Технические характеристики:
Напряжение электропитания |
3х380 В |
Частота питающего напряжения |
50 Гц |
Потребляемая мощность |
3000 ВА |
Мощность электрических машин |
0,5 1,5 кВт |
Габаритные размеры (ШхВхГ) |
2300х2100х700 мм |
Диапазон рабочих температур |
+10…35 ˚С |
Максимальная относительная влажность |
80 % |
Масса |
300 кг |
Состав:
1. Модель подъемного крана.
2. Шкаф управления.
3. Программно-аппаратный измерительный комплекс.
4. Компьютерный стол.
5. Методические указания.
6. Техническое описание.
Краткое техническое описание элементов стенда: 1. Модель подъемного крана Модель состоит из металлического каркаса, обшитого органическим стеклом с открываемой дверцей,
и имеет следующие характеристики:
габаритные размеры, (ШхВхГ) |
850х2100х700 мм |
наличие регулируемого грузоблока |
(масса одного груза 5 кг, общая масса 50 кг) |
– наличие электромагнитного замка на двери модели;
– каркас модели покрашен полимерной краской.
В модели устанавливается электромашинный агрегат, представляющий собой мотор-редуктор переменного тока на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, оснащенный электромагнитным тормозом и датчиком скорости.
Выходной вал редуктора должен жестко подсоединяться к намоточному барабану, на который осуществляется намотка подъемного троса.
Элементы электромашинного агрегата имеют следующие характеристики:
Наименование параметра |
Значение |
Машина переменного тока |
Тип Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором |
Мощность кВт |
0,75 |
Номинальное напряжение питания обмотки статора Y, В |
3х380 |
Номинальный ток статора Y, А |
2,5 |
Номинальная частота вращения |
1500 об/мин |
Удерживающий момент электромагнитного тормоза |
40 Нм |
Редуктор Передаточное число |
16,2 |
Номинальный крутящий момент на выходном валу |
180 Нм |
Максимальная радиальная нагрузка на выходном валу |
3350 Н |
Импульсный датчик скорости Тип |
Инкрементальный энкодер |
Напряжение питания |
5 В |
Разрешающая способность |
500 имп/об |
Максимальная частота вращения |
5000 об/мин |
Модель оснащена механическими датчиками, установленными вдоль направляющих грузоблока:
количество датчиков |
4 |
номинальный коммутируемый ток |
0,8 А |
скорость срабатывания |
0,5 мм/с |
сопротивление контактов |
100 мОм |
2. Шкаф управления представляет собой металлический монтажный шкаф, оснащенный дверцей, на которую вынесены элементы управления и индикации крана. Шкаф управления имеет монтажную панель, на которой располагаются элементы защиты, коммутации и управления..
Управление электроприводом подъемного крана осуществляется от промышленного преобразователя частоты, имеющего следующие
технические характеристики:
номинальная мощность |
0,75 кВт |
номинальный выходной ток |
2 А |
напряжение питающей сети |
380 В |
количество фаз напряжения питания |
3 |
– режимы работы: скалярное управление при постоянстве U/f;
-векторное управление;
регулирование и поддержание заданной скорости в разомкнутой и замкнутой системе;
регулирование и поддержание вращающего момента асинхронного двигателя в замкнутой системе управления.
Для оценки энергетических режимов работы электропривода крана преобразователь частоты подключен к сети через трехфазный измеритель мощности промышленного образца. Измеритель мощности предназначен для измерения электрических параметров трехфазной сети переменного тока: токов и напряжений в каждой из фаз, а также усредненных параметров по всем фазам. Кроме этого измеряются частота и коэффициент мощности трехфазной сети.
Технические характеристики измерителя мощности
Параметр |
Диапазон измерения |
Погрешность |
Напряжение |
80…480 В |
1% |
Ток |
0,05…5 А |
1% |
Частота |
45…65 Гц |
0,1 Гц |
Активная мощность |
9999…+9999 Вт |
1% |
Коэффициент мощности |
0…1 |
1% |
Полная мощность ВА |
9999…+9999 |
1% |
Реактивная мощность Вар |
-9999…+9999 |
1% |
На дверцу шкафа вынесен цифровой индикатор скорости вращения электродвигателя:
диапазон измерения скорости |
–2000…+2000 об/мин |
диапазон изменения выходного аналогового сигнала |
–10…+10 В |
количество разрядов индикатора |
4 |
частота обновления ПЧН |
20 мс |
Измерение напряжения и тока должно осуществляться посредством датчиков тока (ДТ) и напряжения (ДН) на основе эффекта Холла. Датчики должны обеспечивать развязку силовых цепей и цепей управления. Диапазоны работы датчиков приведены в таблице.
Датчик |
Диапазон входных сигналов |
Диапазон выходных сигналов, В |
Полоса пропускания частот работы,кГц |
ДН |
-500…+500 В |
-10…+10 |
от 0 до 1 |
ДТ |
-3…+3 А |
-10…+10 |
от 0 до 1 |
3. Программно-аппаратный измерительный комплекс содержит:
3.1. Программное обеспечение исполнено на русском и казахском языках. Должно управлять работой лабораторного стенда в полуавтоматическом режиме.
В полуавтоматическом режиме ПАИК должен обеспечивать:
– снятие статических характеристик с аналоговых и дискретных элементов и устройств лабораторного стенда с помощью виртуальных приборов;
– осциллографирование переходных процессов с элементов и устройств стенда;
– задания типовых и произвольных входных задающих воздействий для аналоговых и дискретных элементов и устройств.
Технические характеристики ПАИК:
– осциллографирование периодических сигналов одновременно 16 сигналов с частотой выборки сигналов 200 кГц;
– регистрация мгновенных и усредненных сигналов с помощью виртуальных приборов с частотой выборки сигналов 200 кГц и длительностью 5 мин;
– перечень виртуальных приборов:
амперметры постоянного и переменного тока, вольтметры постоянного и переменного тока, ваттметры, варметры, частотомеры, фазометры;
– одновременный вывод на экран 16 виртуальных приборов
количество каналов аналогового ввода |
8 |
количество каналов аналогового вывода |
2 |
количество каналов дискретного ввода |
8 |
количество каналов дискретного вывода |
16 |
– автоматизация проведения экспериментов
– автоматическое снятие функциональных зависимостей и фазовых траекторий;
– отображение интерактивных функциональных схем выполнения экспериментов (мнемосхем) с индикацией сигналов и управлением системой;
– реализация функций устройств релейной защиты и автоматики;
– реализация режима передачи сигналов 2IO-Link;
– измерение показателей качества электрической энергии; исследование характеристик реле (реле-томограф);
– моделирование электротехнических и электроэнергетических объектов управления в реальном времени.
3.2. Ноутбук Обеспечивает сохранение и буферизацию вводимых данных, их обработку и преобразование, вывод на экран дисплея статических характеристик и переходных процессов, а также выдачу управляющих сигналов на элементы и устройства лабораторного стенда.
Ноутбук должен иметь следующие характеристики:
частота работы процессора |
1,1 ГГц |
емкость диска |
128 Гб |
емкость оперативной памяти |
4 Гб |
диагональ экрана |
15,6 дюйма. |
3.3. Плата ввода/вывода Плата аналогового ввода/вывода должна служить для ввода/вывода и обработки аналоговой и цифровой информации в персональных компьютерах. Должна подключаться к персональному компьютеру с помощью кабеля USB-A – USB-B (входит в комплект). Плата в стенде используется вместе с программным обеспечением, входящим в состав стенда.
Технические характеристики платы приведены в таблице. Наименование параметра Значение Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)
Количество каналов |
8 |
Разрядность |
12 бит |
Время преобразования |
10 мкс |
Максимальная частота преобразования (на 1 канал)
в режиме ввода |
8 сигналов |
25 кГц |
в режиме ввода |
4 сигналов |
50 кГц |
в режиме ввода |
2 сигналов |
100 кГц |
25 кГц 50 кГц 100 кГц
Диапазон входных сигналов 10
В Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Количество каналов |
2 |
Разрядность |
12 бит |
Максимальная частота преобразования (на 1 канал) |
25 кГц |
Время установления |
8 мкс |
Выходной диапазон |
10 В |
Цифровые входы и выходы Входной порт 8 бит КМОП, серия НСТ Выходной порт 16 бит КМОП, серия НСТ Напряжение низкого уровня, 0… 0,4 В Напряжение высокого уровня, 2,4…5,0 В Выходной ток низкого уровня (макс), 6 мА 4.
Компьютерный стол предназначен для установки на него персонального компьютера. Основание изготовлено из квадратного металлического профиля сечением 25х25 мм и окрашенного белой порошковой краской. Столешница выполнена из ламинированного ДСП с окантовкой по периметру ПВХ.
Технические характеристики стола:
габаритные размеры |
660х750х650мм |
масса |
15,0 кг.
|
5. Методические указания к проведению лабораторных работ Методические указания выполнены в виде брошюры формата А5 на русском и казахском языках и должны содержать описание выполнения следующего минимального перечня лабораторных работ и экспериментов:
1. Настройка и исследование преобразователя частоты.
2. Исследование электропривода подъемного крана со скалярным управлением.
3. Исследование электропривода подъемного крана с векторным управлением.
4. Изучение процессов пуска и торможения асинхронного кранового электропривода.
5. Изучение алгоритмов управления магнитным тормозом в крановом электроприводе.
6. Изучение системы точного останова электропривода крана.
7. Изучение специальных алгоритмов улучшения показателей работы крана.
8. Исследование энергетических режимов работы кранового электропривода .
6. Техническое описание Техническое описание выполнено в виде брошюры формата А5 на русском и казахском языках и должно содержать: – состав стенда; – основные технические характеристики стенда в целом; – схему подключения питания стенда; основные технические характеристики элементов стенда.
Поскольку данное лабораторное оборудование может использоваться в группах как с русским, так и с государственным языком обучения, все надписи на стенде фабрично изготовлены на двух языках: казахском и русском.
Программное обеспечение, необходимое для управления стендом и выполнения лабораторных работ также изготовлено на 2 языках: казахском и русском.