SMTE451 Supporto per lavori di laboratorio nel corso "Macchine elettriche" Attrezzature di laboratorio elettriche Attrezzature didattiche Attrezzature didatticheCombiniamo la funzione dei due banchi da lavoro
Descrizione
Il banco da laboratorio è progettato per attività di laboratorio per lo studio delle macchine elettriche in università e scuole specializzate.
Il banco è costituito da un contenitore con le seguenti apparecchiature installate: apparecchiature elettriche, schede elettroniche, pannello frontale e piano di lavoro integrato.
All'interno del contenitore sono alloggiate le seguenti apparecchiature:
scheda raddrizzatore;
modulo resistenze di carico;
trasformatore trifase da laboratorio;
trasformatore trifase da analizzare.
Sul pannello frontale sono riportati gli schemi elettrici degli oggetti analizzati. Tutti gli schemi mostrati sono suddivisi in gruppi in base al tema del lavoro di laboratorio svolto. Sul pannello frontale sono installati: prese di commutazione, misuratori di pannello analogici, apparecchiature di commutazione e controller, che consentono di modificare le opzioni degli elementi durante lo svolgimento del lavoro di laboratorio.
I controller sono:
commutatore autotrasformatore trifase da laboratorio (LAT), che consente di modificare la tensione tra 0 e 20 V con passo di 2 V e tra 130 e 250 V con passo di 30 V;
Autotrasformatori da laboratorio monofase (LAT), che consentono di variare la tensione tra 50 e 110 V con un passo di 10 V;
Moduli di commutazione per 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 a corrente continua ad eccitazione separata - 2 pz.;
Generatore tachimetrico con eccitazione a magneti permanenti;
Selsyn senza contatto.
Per svolgere il lavoro di laboratorio è necessario assemblare lo schema dell'oggetto in esame con l'ausilio di ponticelli unificati, che consentono di assemblare gli schemi senza comprometterne la chiarezza.
Il banco è progettato per lo svolgimento di laboratori di "Macchine elettriche".
Strutturalmente, il banco è costituito da due parti:
Un alloggiamento, in cui sono installate parte delle apparecchiature elettriche, le schede elettroniche, il pannello frontale, il modulo di alimentazione e il piano del tavolo integrato;
Gruppo macchina, che comprende un motore a corrente continua, un motore asincrono con rotore avvolto, un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo e un sensore ottico di velocità con definizione del senso di rotazione.
Il banco può essere integrato con un'unità di macchinario elettrico basata su motori elettrici di piccola (90 W) o grande (0,55 kW) potenza.
L'alloggiamento del banco contiene:
Convertitore di frequenza per la generazione di una rete CA trifase a frequenza variabile e di una tensione per l'alimentazione del motore asincrono e dei trasformatori trifase. Il convertitore si basa su un microcontrollore MB90F562 (Fujitsu) e un modulo di potenza intelligente PS11033 (Mitsubishi). Il controller viene utilizzato per il calcolo dei dati di ingresso (specificando tensione e frequenza) e dei segnali di uscita (corrente, tensione), per lo scambio di dati con il PC (RS-485) e per la visualizzazione dei valori misurati sul pannello frontale del banco. Il modulo di potenza include i circuiti di potenza del raddrizzatore a ponte trifase, dell'inverter a ponte trifase su transistor IGBT, nonché i circuiti di pilotaggio e protezione (cortocircuito, driver con tensione di alimentazione insufficiente, ingresso di segnali di controllo non corretti). Il convertitore di frequenza consente all'utente di esplorare il motore asincrono in tutti e quattro i quadranti delle caratteristiche meccaniche.
Convertitore di larghezza di impulso per il circuito di indotto e l'alimentazione dell'avvolgimento di eccitazione del motore CC, nonché l'alimentazione del circuito rotorico del motore asincrono trifase con rotore avvolto in modalità motore sincrono e generatore. Il convertitore di larghezza di impulso è implementato sulla base dell'elemento di potenza del convertitore di frequenza. Due dei suoi rami sono utilizzati per ottenere una PWC simmetrica reversibile, mentre il terzo ramo è 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 è basato 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 ancoraggio, eccitazione, rotore), fornisce lo scambio dati con il PC (RS-485) e 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) e una modalità generatore.
L'unità di misura si basa su dispositivi di misura digitali. Oltre alle misure di corrente continua e tensione, ogni canale può calcolare:
il valore efficace di corrente alternata e tensione;
l'angolo di scostamento tra corrente e tensione, nonché il calcolo del cos(φ);
la potenza attiva.
Controllo relè-contattore, che consente all'utente di:
commutare il circuito di un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo (stella/triangolo);
modificare il valore della resistenza di carico in un circuito trifase;
collegare i motori asincroni alla rete 3~380/220 V 50 Hz o al convertitore di frequenza;
resistori nel circuito di eccitazione (due stadi);
resistori di carico in un circuito trifase (tre stadi);
resistori di sovratensione sui moduli intelligenti.
il convertitore di frequenza e il convertitore di larghezza di impulso vengono attivati per il funzionamento interno della rete (modalità di recupero) al fine di ridurre il consumo di energia dalla rete.
tre trasformatori a due avvolgimenti;
contattori di potenza del sottosistema relè.
Gli schemi elettrici degli oggetti studiati sono rappresentati sul pannello frontale. Tutti gli schemi sono suddivisi in gruppi in base al tema del laboratorio. Il pannello contiene prese di commutazione, indicatori di dispositivi digitali, apparecchiature di commutazione e controlli che consentono all'utente di modificare i parametri degli elementi durante il lavoro di laboratorio.
Comandi sul pannello frontale del banco:
potenziometro di setpoint per il controllo del convertitore a larghezza d'impulso inversa, il segnale di riferimento del sistema chiuso;
potenziometri di setpoint dei convertitori a larghezza d'impulso dell'alimentatore per gli avvolgimenti di eccitazione del motore a corrente continua e del rotore avvolto del motore asincrono in modalità macchina sincrona;
potenziometri di setpoint del convertitore di frequenza, che consentono la variazione graduale della frequenza di uscita (0 ÷ 163 Hz) e delle impostazioni della tensione di uscita (0 ÷ 220 V);
controlli del sottosistema a relè.
Per svolgere 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.
Il banco da laboratorio è corredato di software e di una serie di documentazione metodologica e tecnica destinata al personale accademico.
Il banco consente lo svolgimento delle seguenti esercitazioni di laboratorio:
1. Studio di un trasformatore di potenza a due avvolgimenti con l'utilizzo di metodi a circuito aperto e in cortocircuito.
Indagine su un trasformatore monofase in diverse modalità, determinazione dei parametri del circuito equivalente e valutazione delle caratteristiche esterne del trasformatore.
2. Determinazione sperimentale dei gruppi di collegamento di un trasformatore trifase a due avvolgimenti.
Studio dei diagrammi vettoriali di tensione per diversi schemi di collegamento e determinazione sperimentale del gruppo di collegamento del trasformatore trifase.
3. Studio di un motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo.
Studio della costruzione e caratterizzazione di un motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo utilizzando metodi a circuito aperto, in cortocircuito e a carico immediato.
4. Studio dei metodi di avviamento di motori asincroni trifase con rotore a gabbia di scoiattolo.
Studio delle capacità di avviamento di motori asincroni trifase, assemblaggio dei circuiti e valutazione delle caratteristiche statiche e dinamiche dell'avviamento del motore.
5. Studio di un generatore CC con eccitazione parallela.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di un generatore CC con eccitazione parallela.
6. Studio di un generatore CC con eccitazione separata.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di un generatore CC con eccitazione separata.
7. Studio di un motore CC con eccitazione parallela.
Studio del principio di funzionamento e caratterizzazione di un motore CC con eccitazione parallela.
8. Studio di un trasformatore monofase.
Oggetto di studio: trasformatore monofase. Durante il lavoro di laboratorio vengono studiati gli stati di funzionamento a vuoto, in cortocircuito e sotto carico e vengono misurate le caratteristiche esterne del trasformatore.
9. Studio di un trasformatore trifase.
Oggetto di studio: trasformatore trifase. Durante il lavoro di laboratorio vengono studiati gli stati di funzionamento a vuoto, in cortocircuito e sotto carico e vengono misurate le caratteristiche esterne del trasformatore.
10. Studio dei gruppi di giunzione di un trasformatore trifase.
Oggetto di studio: trasformatore trifase. Durante il lavoro di laboratorio, si studia la tensione degli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore quando gli avvolgimenti 0, 5, 6 e 11 sono uniti in gruppi.
11. Studio di un motore a corrente continua ad eccitazione separata.
Oggetto studiato: motore a corrente continua ad eccitazione separata, motore a corrente continua sotto carico in modalità di frenatura dinamica. Durante il lavoro di laboratorio, si misurano le caratteristiche di funzionamento e controllo del motore.
12. Studio di un generatore a corrente continua ad eccitazione separata.
Oggetto di studio: generatore di corrente continua azionato da un motore elettrico a corrente continua. Durante il lavoro di laboratorio, a vuoto, vengono misurate le caratteristiche esterne e di controllo del generatore.
13. Studio di un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo.
Oggetto di studio: motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo caricato con motore a corrente continua in modalità di frenatura dinamica. Durante il lavoro di laboratorio vengono misurate le caratteristiche operative e meccaniche del motore.
14. Studio dei selsyn in modalità di funzionamento con indicatore e trasformatore.
Oggetto di studio: selsyn in modalità di funzionamento con indicatore e trasformatore. Durante il lavoro di laboratorio viene studiato il funzionamento dei selsyn in modalità di funzionamento con indicatore e trasformatore.
Caratteristiche tecniche del banco:
Tensione ~220 50Hz / 3~50Hz 220V 3P+PE+N
Potenza assorbita, W 250 / 1 kWt
Caratteristiche tecniche del sistema di misura:
Numero di parametri visualizzati sul banco: 15 pezzi (12 indicatori)
Voltmetri: 4 pezzi
Amperometri 6 pz.
Fasometri 1 pz.
Velometri 1 pz.
Wattmetri 2 pz.
Frequenzimetri 1 pz.
Intervallo di tensione misurata da ±1 V a ±750 V
Intervallo di corrente misurata da ±1 mA a ±5 A
Intervallo di velocità misurata da ±1 rad/s a ±314 rad/s
Intervallo di frequenza misurata da 0 Hz a 163 Hz
Precisione di misura, fino all'1%
Caratteristiche tecniche del convertitore di larghezza di impulso:
Corrente nominale ±5 A
Tensione del collegamento CC 300 V
Frequenza del convertitore 8 kHz
Sovraccarico di corrente ±7 A
Caratteristiche tecniche del convertitore di frequenza:
Potenza motore: 0,4 kW / 1,5 kWt
Corrente nominale: 7 A
Intervallo di tensione di uscita operativa 3~ 220 V
Metodo di controllo: PWM sinusoidale (controllo U/f, indipendente)
Intervallo di controllo della frequenza: da 0 a 163 Hz
Frequenza Risoluzione: 0,3 Hz
Margine di sovraccarico: 150% della corrente di uscita nominale per 1 minuto (dipendenza integrale)
Set completo di strumentazione NTC-06.01 "Macchine elettriche":
Le misure vengono eseguite con strumenti di misura analogici da pannello. Sono presenti 10 strumenti di misura installati sul pannello frontale del banco, tra cui:
Amperometro CA (limite di misura 0,2/0,5/1 A, classe di precisione 2,5) 1 pz.;
Amperometro CC (limite di misura 1 A, classe di precisione 2,5) 2 pz.;
Amperometro CC (limite di misura 0,2 A, classe di precisione 2,5) 1 pz.;
Voltmetro CA (limite di misura 100 V, classe di precisione 1) 1 pz.;
Voltmetro CC (limite di misura 200 V, classe di precisione 1) 1 pz.;
Wattmetro AC (limite di misura 40/450 W, classe di precisione 2,5) 1 pz.;
RPMmetro (limite di misura 5000 rpm, classe di precisione 4) 1 pz.
Il banco da laboratorio è fornito con il seguente supporto metodologico: set di documentazione metodologica e tecnica per il personale docente.
Il banco consente di svolgere le seguenti attività di laboratorio:
banco da laboratorio "Macchine elettriche";
un gruppo macchina;
cavo AM-BM USB 2.0;
CD-R con documentazione e software allegati.
passaporto;
un set di ponticelli.
