Laboratorium Napędów Elektrycznych - stanowiska laboratoryjne

1. Kaskada asynchroniczna stałej mocy

Dwie maszyny indukcyjne pierścieniowe i silnik obcowzbudny prądu stałego pracujące na wspólny wał. Twornik silnika prądu stałego zasilany przez prostownik z obwodu wirnika jednej z maszyn indukcyjnych. Druga maszyna indukcyjna pracuje jako hamulec. Moc napędu ok. 2,5 kW, napięcie 400 V, 50 Hz.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Charakterystyki mechaniczne napędu kaskadowego
Charakterystyki regulacji kaskady (obroty w funkcji prądu wzbudzenia), charakterystyki mechaniczne dla różnych prądów wzbudzenia, charakterystyki sprawności w funkcji mocy wyjściowej i obrotów.
Prace badawcze
• Zestaw jest używany jako elektromaszynowa przetwornica napięcia i częstotliwości.


2. Układ Leonarda

Układ czterech maszyn. Silnik indukcyjny klatkowy napędza prądnicę prądu stałego układu Leonarda zasilającą silnik obcowzbudny układu, obciążony prądnicą prądu stałego.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Analiza pracy napędu czterokwadrantowego
Charakterystyki statyczne przy pracy silnikowej i przy hamowaniu odzyskowym, zmiana kierunku obrotów, regulacja w obwodzie wzbudzenia prądnicy za pomocą przerywacza napięcia stałego, rejestracja charakterystyk skokowych przy zmianie napięcia wzbudzenia prądnicy, pomiar mocy czynnej silnika indukcyjnego przy pracy nawrotnej napędu.
• Automatyczna regulacja prędkości w układzie Leonarda
Dobór nastaw regulatora prędkości i regulatora prądu celem uzyskania najlepszej dynamiki napędu, regulacja automatyczna przy pracy nawrotnej na zadawaną prędkość.
Prace badawcze
• Maszyny układu są używane jako regulowane źródło napięcia stałego.


3. Silnik indukcyjny zasilany z falownika napięcia sterowanego skalarnie

Do dyspozycji są trzy tranzystorowe falowniki napięcia (przetwornice częstotliwości) przeznaczone do zasilania trójfazowych silników indukcyjnych klatkowych:
  - produkcji AEG (6,5 kW),
  - produkcji Schneider (6,5 kW) - darowizna firmy,
  - produkcji NORD (1,5 kW) - darowizna firmy.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Charakterystyki statyczne i dynamiczne napędu z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanym z falownika napięcia.
Przetwornica AEG. Pomiar charakterystyk statycznych prędkości, momentu, prądu stojana i napięcia przy różnych częstotliwościach . Wpływ kompensacji poślizgu. Rejestracja dynamiki napędu przy zmianach nastaw przetwornicy (czas rozruchu, czas hamowania, podbicie napięcia).
• Komputerowe sterowanie napędu z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanym z falownika napięcia.
Przetwornica Schneidera. Rejestracja przebiegów przetwornicy i silnika przy sterowaniu za pomocą komputerowego panelu operatorskiego.
• Identyfikacja sygnałów sterujących falownikiem zasilającym silnik indukcyjny.
Przetwornica NORDu. Rejestracja sygnałów wewnętrznych przetwornicy oraz napięć, prądów i prędkości silnika. Identyfikacja zastosowanego algorytmu sterowania. Pomiary przy zasilaniu silnika klatkowego i silnika pierścieniowego małej mocy (pomiar prądów wirnika).
Prace badawcze
• Badania sterowania energooszczędnego napędów z silnikami indukcyjnymi sterowanymi skalarnie przez zmianę napięcia i częstotliwości.


4. Hamowanie elektrycznego silników indukcyjnych zasilanych z sieci sztywnej

Na stanowisku można zrealizować dwa sposoby hamowania: hamowanie przeciwprądowe i hamowanie dynamiczne prądem stałym.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Silnik indukcyjny klatkowy hamowany przeciwprądowo.
W fazy stojana włączono rezystancje ograniczające prąd hamowania. Przełączenie jest realizowane za pomocą styczników, z zastosowaniem komparatora zapewniającego odłączenie napięcia po osiągnięciu zera obrotów.
• Silnik indukcyjny pierścieniowy hamowany dynamicznie.
Stycznikowy układ przełączający współpracuje z przerywaczem tranzystorowym napięcia stałego umożliwiającym nastawianie prądu hamowania zasilającego uzwojenie stojana, a przez to momentu i czasu hamowania. Dokonuje się rejestracji momentu dynamicznego, prądu i prędkości w funkcji nastawianych parametrów układu.

5. Napęd z silnikiem szeregowym zasilanym impulsowo

Silnik szeregowy prądu stałego przeznaczony do napędu wózka elektrycznego (3 kW, 80 V) jest zasilany za pomocą dwukwadrantowego przekształtnika impulsowego zapewniającego pracę silnikową i hamowanie odzyskowe z automatycznym osłabieniem wzbudzenia. Obciążeniem jest prądnica prądu stałego symulująca obciążenie pojazdem. Układ został zbudowany na podstawie patentu, który powstał w jednostce. Obciążenie silnika jest kształtowane za pomocą sprzęgniętej prądnicy prądu stałego.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Napęd pojazdu elektrycznego i jego sterowanie.
Regulacja prędkości przy generatorowym i wentylatorowym momencie oporowym wytwarzanym przez sterowaną maszynę obciążającą. Praca silnikowa i hamowanie odzyskowe przy zadawanym prądzie silnika.


6. Kaskada asynchroniczna stałego momentu

Silnik indukcyjny pierścieniowy zasila z obwodu wirnika, poprzez prostownik diodowy, mostek tyrystorowy pracujący jako falownik na trójfazową sieć zasilającą. Układem dopasowującym napięcie wirnika do napięcia stojana jest przekształtnik impulsowy podwyższający napięcie.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Charakterystyki statyczne kaskady stałego momentu
Wyznaczanie charakterystyki regulacji kaskady (prędkość obrotowa w funkcji wyświetlanego kąta wysterowania zaworów), charakterystyk mechanicznych dla różnych nastawianych kątów wysterowania, mocy oddawanej do sieci, sprawności, rejestracja prądów fazowych wirnika, prądu obwodu pośredniczącego, prądów oddawanych do sieci z obwodu wirnika.
• Automatyczna regulacja prędkości kaskady stałego momentu.
Badanie napędu sterowanego przez układ regulacji automatycznej złożony z regulatora prędkości i regulatora prądu obwodu pośredniczącego pomiędzy prostownikiem i falownikiem.


7. Silnik indukcyjny klatkowy zasilany układem łagodnego rozruchu

Silnik indukcyjny 3-fazowy klatkowy jest zasilany za pomocą tyrystorowego sterownika mocy o układzie odwrotnie równoległym tyrystorów (ang. soft starter). Zasilanie silnika może być czteroprzewodowe (z przewodem neutralnym) lub trójprzewodowe. Sterowanie odbywa się w układzie otwartym za pomocą zmiany kąta sterowania tyrystorów.

Ćwiczenia laboratoryjne
• Kształtowanie łagodnego rozruchu silnika indukcyjnego klatkowego.
Rejestracja przebiegów napięcia fazowego, prądu fazowego oraz składowej zerowej prądu (przy zasilaniu czteroprzewodowym) lub składowej zerowej napięcia (przy zasilaniu trójprzewodowym), prędkości i momentu dynamicznego podczas rozruchu przy liniowo narastającym napięciu dla różnych nastaw czasu rozruchu.


8. Silnik indukcyjny pierścieniowy z rezystancją impulsową wirnika

Alternatywne zestawy 2 maszyn: silnika asynchronicznego 2.2 kW lub 7.5 kW i hamujących je prądnic DC 5 kW. W obwodzie wirnika mostek diodowy 6-pulsowy, rezystor na wyjściu prostownika i układ przerywacza IGBT modulujący rezystancję. Rejestracja przebiegów dynamicznych (moment, prądy stojana i wirnika, prędkość) podczas rozruchu i hamowania, wyznaczanie charakterystyk statycznych mechanicznych i sprawności dla różnych nastawianych rezystancji wirnika. Obserwacja/rejestracja prądów i napięć przerywacza.


9. Regulacja prędkości silnika obcowzbudnego przy użyciu przekształtnika DC/DC

Silnik DC obcowzbudny 5.5 kW, obciążany przez prądnicę DC. Napięcie twornika regulowane uniwersalnym przekształtnikiem DC/DC z funkcjami regulacji napięcia oraz podwyższania dla potrzeb kaskady elektrycznej. Przekształtnik to przerywacz IGBT z układem sterowania opartym na mikrokontrolerze z funkcjami nastawiania częstotliwości impulsowania, napięcia wyjściowego, kasowania i sygnalizacji błędów. Przekształtnik może być zasilany z sieci DC (układ Leonarda) lub transformatora i prostownika diodowego. Wyznaczanie charakterystyk statycznych mechanicznych, sprawności, charakterystyk zewnętrznych (napięcie wyjściowe w funkcji prądu) dla różnych częstotliwości impulsowania. Obserwacja/rejestracja przebiegów dynamicznych i przejściowych w układzie. Docelowo wyposażenie układu w opcje nastawiania czasu rozruchu i automatycznej regulacji prędkości maszyny.