НТЦ-07.30 “Электропривод с сервоприводом – МПСУ”

Конструктивно стенд состоит из двух частей:

• корпуса, в который установлена часть электрооборудования, электронные платы, лицевая панель, силовой модуль и столешница интегрированного рабочего стола;
• двух машинных агрегатов работающих в системе генератор-двигатель. В состав первого машинного агрегата входит два электродвигателя постоянного тока. В состав второго машинного агрегата входит один электродвигатель постоянного тока и один асинхронный электродвигатель с фазным ротором.

Стенд может комплектоваться электромашинными агрегатами на основе электродвигателей малой (90 Вт) или большой (0,55 кВт) мощности.

В корпусе стенда размещены:

1. Сервопривод, предназначенный для исследования сервопривода на базе двигателя постоянного тока. Сервопривод может работать в двух режимах:
   • Программирование. В этом режиме сервопривод после нажатия кнопки “Пуск” отрабатывает угол заданный датчиком положения.
   • Следящий. В этом режиме сервопривод постоянно следит за датчиком положения. Цифровой регулятор сервопривода может работать в двух режимах: ПИД-регулятор или полиномиальный регулятор. Изменить коэффициенты и тип регулятора можно с передней панели стенда.
2. Частотный преобразователь, предназначенный для формирования трехфазной сети переменного тока регулируемой частоты и напряжения питания асинхронного электродвигателя. Преобразователь состоит из модуля управления и силового модуля.
   • Модуль управления построен на базе микроконтроллера AT Mega163 (Atmel) и служит для обсчетов входных сигналов задания напряжения, частоты и тока динамического торможения асинхронного электродвигателя, организации обмена данных с ПК (RS-485), вывода измеряемых величин (ток, напряжение, частота) на лицевую панель стенда.
   • Силовой модуль построен на базе силового интеллектуального модуля PS11035 (Mitsubishi), включающего в себя силовые цепи трехфазного мостового выпрямителя и трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах, а также цепи драйверов, измерения тока, напряжения и защиты. Интеллектуальный модуль позволяет осуществлять защиту от токов короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, неправильной подачи сигналов управления. Система управления интеллектуальным модулем реализована на микроконтроллере MB90F562 (Fujitsu).
   Преобразователь частоты позволяет исследовать асинхронный электродвигатель во всех четырех квадрантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение двигателя с регулируемым током.
3. Мостовой реверсивный симметричный широтно-импульсный преобразователь предназначен для питания цепи якоря электродвигателя постоянного тока. Широтно-импульсный преобразователь состоит также из модуля управления и силового модуля.
   • Модуль управления построен на базе микроконтроллера AT Mega163 (Atmel) и служит для обсчета входного сигнала задания скважности, величины выходного тока с датчика Холла, организации обмена данных с ПК (RS-485), вывода измеряемых величин (ток, напряжение) на лицевую панель стенда.
   • Силовой модуль построен на базе силового интеллектуального модуля PS11035 (Mitsubishi), включающего в себя силовые цепи трехфазного мостового выпрямителя и трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах, а также цепи драйверов, измерения тока, напряжения и защиты. Интеллектуальный модуль позволяет осуществлять защиту от токов короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, неправильной подачи сигналов управления. Система управления интеллектуальным модулем реализована на микроконтроллере MB90F562 (Fujitsu).
   Широтно-импульсный преобразователь позволяет исследовать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением во всех четырех квадрантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение двигателя с регулируемым эквивалентным сопротивлением динамического торможения.
4. Трехканальный широтно-импульсный преобразователь предназначен для регулирования тока в обмотках возбуждения двигателей постоянного тока. В силовой цепи используются MOSFET транзисторы фирмы International Rectifier. Система управления построена на микроконтроллере AT Mega163 (Atmel) и реализует измерение токов в обмотках возбуждения двигателей постоянного тока, отображение измеренных величин на лицевой панели стенда, связь с ПК.
5. Подсистема управления и дополнительных измерений реализована на четырех модулях: модуле измерения параметров системы генератор-двигатель, модуле измерения скорости и реле времени, релейной подсистемы, модуле цифровых термометров.
   • Модуль измерения параметров системы генератор-двигатель построен на микроконтроллере AT Mega163 (Atmel) и реализует измерение тока и напряжения обоих якорей электродвигателей постоянного тока системы генератор-двигатель, отображение измеренных величин на лицевой панели стенда, связь с ПК.
   • Модуль измерения скорости и реле времени построен на микроконтроллере AT Mega163 (Atmel) и программируемой логике EPM7064S (Altera). Реле времени имеет два независимых канала с выдержкой 25,5 с и точностью срабатывания 0,1 с. Измерение скорости производится на двух машинных агрегатах с помощью дискретных оптических датчиков скорости (определяют направление вращения, имеют точность определения положения вала в 1/440 оборота) и отображается на лицевой панели в рад/с. Так же модуль измерения скорости и реле времени организует работу секундомера, отображение всех параметров на лицевой панели и связь с ПК.
   • Релейная подсистема позволяет реализовывать релейные схемы пуска, реверса и торможения электроприводов.
   • Модуль цифровых термометров построен на микроконтроллере AT Mega8 (Atmel) и цифровых датчиках температуры DS1820 (Dallas Semiconductors) и реализует измерение температуры электродвигателя постоянного тока и асинхронного электродвигателя с фазным ротором с точностью измерения 0,1 с. Также модуль отображает измеренную температуру на лицевой панели стенда и осуществляет связь с ПК.
6. Замкнутая система подчиненного регулирования, предназначенная для изучения систем автоматического управления. Реализовывает функции обратной связи по скорости и по току, также функцию задатчика интенсивности сигнала задания.

В силовом модуле установлены:

• резисторы в цепь якоря (две ступени);
• резистор динамического торможения электродвигателя постоянного тока;
• резисторы в цепь ротора асинхронного электродвигателя (три ступени);
• силовые пускатели релейной подсистемы;
• сбросовые резисторы энергии при перенапряжении на интеллектуальных модулях.

На лицевой панели стенда изображены электрические схемы объектов исследования. Все схемы, изображенные на панели, разбиты на группы в соответствии с тематикой проводимых лабораторных работ. На панели установлены коммутационные гнёзда, индикаторы цифровых приборов, коммутационная аппаратура, а также органы управления, позволяющие изменять параметры элементов при проведении лабораторной работы. Также на лицевую панель стенда выведены контрольные точки входных, промежуточных и выходных сигналов силовой преобразовательной техники.

Контрольные точки:

• сигнал задания реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
• управляющие сигналы с микроконтроллера на драйверы интеллектуального модуля всех четырех ключей реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
• напряжение и ток на выходе реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
• напряжение на выходе частотного преобразователя;
• сигналы в замкнутой системе подчиненного регулирования.

Органы управления на лицевой панели стенда:

• задающий потенциометр для управления реверсивным широтно-импульсным преобразователем, сигналом задания замкнутой системы;
• органы управления режимом работы реверсивного широтно-импульсного преобразователя: источник напряжения или эквивалентное сопротивление динамического торможения;
• задающие потенциометры широтно-импульсных преобразователей питания обмоток возбуждения электродвигателей постоянного тока (0 ÷ 600 мА);
• задающие потенциометры частотного преобразователя, позволяющие плавно менять задание выходной частоты (0 ÷ 150 Гц), выходное напряжение (0 ÷ 220 В), ток динамического торможения асинхронного электродвигателя с фазным ротором (0 ÷ 7 А);
• многофункциональный энкодер управления платой сервопривода;
• органы управления секундомером и двумя реле времени;
• органы управления релейной подсистемой.

Для проведения лабораторной работы необходимо собрать схему объекта исследования с помощью унифицированных перемычек, которые позволяют представить схему в наглядном виде.

Проведение лабораторных работ возможно как в ручном режиме, так и в режиме диалога с персональным компьютером.

К стенду прилагается:

• комплект методической и технической документации, предназначенный для преподавательского состава;
• программное обеспечение, позволяющее:
  • повторять основные теоретические положения, исследуемые в лабораторной работе;
  • проверять знания учащихся перед выполнением лабораторной работы (знание аппаратной части, пошаговый контроль понимания выбора схемы проведения эксперимента и средств измерений для реализации конкретных учебных целей).