ZE3413 Suporte para Trabalhos de Laboratório do Curso "Máquinas Elétricas" Equipamento Didático Equipamento de Laboratório de Engenharia Elétrica Combinamos a função das duas bancadas
Descrição
A bancada de laboratório é projetada para trabalhos de laboratório para estudar máquinas elétricas em universidades e escolas especializadas.
A construção da bancada consiste em um gabinete com os seguintes equipamentos instalados: equipamentos elétricos, placas de circuitos eletrônicos, painel frontal e mesa de trabalho integrada.
O seguinte equipamento é colocado dentro do gabinete:
placa retificadora;
módulo de resistores de carga;
transformador de laboratório trifásico;
transformador trifásico investigado.
Esquemas elétricos dos objetos investigados são mostrados no painel frontal. Todos os esquemas apresentados estão divididos em grupos de acordo com o tema do trabalho laboratorial realizado. No painel frontal instalados: tomadas de comutação, medidores de painel analógico, equipamentos de comutação e controladores, que permitem alterar as opções dos elementos durante a realização dos trabalhos de laboratório.
Os controladores são:
comutador de autotransformador de laboratório (LAT) trifásico, que permite alterar a tensão entre 0..20V com passo de 2V e 130..250V com passo de 30V;
switchers de autotransformadores de laboratório (LATs) monofásicos, que permitem alterar a tensão entre 50..110V com passo de 10V;
Chaveadores de módulos de resistores de carga, que permitem conectar resistores de diferentes resistências.
As seguintes máquinas elétricas são instaladas no painel da bancada:
motor elétrico assíncrono com rotor em gaiola de esquilo - 1 unid.;
motores DC excitados separadamente - 2 unid.;
tacogerador com excitação de ímãs permanentes;
selsyns sem contato.
Para realizar o trabalho de laboratório é necessário montar o esquema do objeto investigado com o auxílio de jumpers unificados, que permitem montar esquemas sem perda de clareza.
A bancada é projetada para a realização de laboratórios em “Máquinas Elétricas”.
Estruturalmente, a bancada consiste em duas partes:
invólucro, no qual são instalados parte dos equipamentos elétricos, placas eletrônicas, painel frontal, módulo de potência e tabletop de desktop integrado;
montagem da máquina, que inclui motor DC, motor assíncrono com rotor bobinado, um motor assíncrono com rotor gaiola de esquilo, além de um sensor óptico de velocidade com a definição do sentido de rotação. A bancada pode ser complementada com unidade de maquinário elétrico com base em motores elétricos de potência pequena (90 W) ou grande (0,55 kW).
O alojamento do banco contém:
Conversor de frequência para geração de rede CA trifásica de frequência variável e tensão de alimentação de motores assíncronos e transformadores trifásicos. O conversor é baseado em um microcontrolador MB90F562 (Fujitsu) e módulo inteligente de potência PS11033 (Mitsubishi). O controlador é usado para calcular dados de entrada (especificando tensão e frequência) e sinais de saída (corrente, tensão), para troca de dados com PC (RS-485) e exibição dos valores medidos no painel frontal da bancada. O módulo de potência inclui circuitos de potência da ponte retificadora trifásica, ponte inversora trifásica em transistores IGBT, bem como drivers e circuitos de proteção (curto-circuito, drivers de tensão de alimentação insuficiente, entrada de sinais de controle impróprios). O conversor de frequência permite ao usuário explorar o motor assíncrono em todos os quatro quadrantes das características mecânicas.
Conversor de largura de pulso para o circuito de armadura e a fonte de alimentação do enrolamento de excitação do motor DC, bem como a fonte de alimentação do circuito do rotor do motor assíncrono trifásico com rotor enrolado no modo de motor e gerador síncronos. O conversor de largura de pulso é implementado com base no elemento de potência do conversor de frequência. Dois de seus braços são usados para obter PWC simétrico reversível, e o terceiro braço é usado como PWC irreversível para rotor de motor assíncrono trifásico. A fonte de alimentação do enrolamento é implementada em um único transistor MOSFET retificador internacional. O sistema de controle é baseado em um microcontrolador AT Mega163 (Atmel) e implementa o cálculo dos sinais de entrada (especifica tensão, frequência e corrente para frenagem dinâmica) e saída (correntes de âncora, excitação, rotor), fornece troca de dados com PC ( RS-485), a exibição dos valores medidos no painel frontal da bancada. O conversor de largura de pulso do circuito de armadura do motor DC é complementado com um modo de sistema fechado (controle de corrente ou velocidade), bem como modo de gerador.
A unidade de medição é baseada em dispositivos de medição digital. Além das medições de corrente contínua e tensão, cada canal pode calcular:
valor efetivo da corrente e tensão alternadas;
ângulo de deslocamento entre corrente e tensão, bem como calcular cos(φ);
poder ativo.
Controle relé-contator, que permite ao usuário:
comutar o circuito do motor assíncrono com rotor em gaiola de esquilo (estrela/triângulo);
alterar o valor do resistor de carga no circuito trifásico;
conectar motores assíncronos à rede 3 ~ 380/220 V 50 Hz ou conversor de frequência;
Resistores no circuito do enrolamento de excitação (dois estágios);
Resistores de carga em circuito trifásico (três estágios);
Resistores de descarga de sobretensão em módulos inteligentes.
O conversor de frequência e o conversor de largura de pulso são ligados para operação de rede interna (modo de recuperação) para reduzir o consumo de energia da rede.
Três transformadores de dois enrolamentos;
Contatores de energia do subsistema de relé. Os diagramas de fiação dos objetos estudados são representados no painel frontal. Todos os diagramas são divididos em grupos de acordo com o tema do laboratório. O painel contém tomadas de comutação, indicadores de dispositivos digitais, aparelhagem e controles que permitem ao usuário alterar os parâmetros dos elementos durante o trabalho de laboratório.
Controles no painel frontal da bancada:
potenciômetro de ponto de ajuste para controlar o conversor de largura de pulso reverso, o sinal de referência do sistema fechado;
potenciômetros de ponto de ajuste de conversores de largura de pulso de fonte de alimentação para enrolamentos de excitação de motor DC e rotor enrolado de motor assíncrono no modo de máquina síncrona;
potenciômetros de setpoint do conversor de frequência, que permitem a mudança suave da frequência de saída (0 ÷ 163 Hz) e os ajustes de tensão de saída (0 ÷ 220 V);
controles do subsistema do relé.
Para a realização do laboratório é necessário montar o circuito do objeto estudado, utilizando jumpers padronizados, que permitem ao usuário montar o circuito sem perda de clareza.
À bancada laboratorial complementam-se um software e um conjunto de documentação metodológica e técnica destinada a docentes.
A bancada prevê a realização dos seguintes laboratórios:
1. Estudo de transformadores de potência de dois enrolamentos com a utilização dos métodos de circuito aberto e curto-circuito.
Investigação do transformador monofásico em vários modos, determinação dos parâmetros do circuito equivalente e classificação das características externas do transformador.
2. Determinação experimental de grupos de ligação de transformadores trifásicos de dois enrolamentos.
Estudo de diagramas vetoriais de tensão para diferentes padrões de ligação e determinação experimental de grupos de ligação de transformadores trifásicos.
3. Estudo de motor assíncrono trifásico com rotor em gaiola de esquilo.
Estudo da construção e caracterização de motor assíncrono trifásico com rotor gaiola de esquilo utilizando métodos de circuito aberto, curto-circuito e carga imediata.
4. Estudo de métodos de partida de motores assíncronos trifásicos com rotor gaiola de esquilo.
Estudo da partidabilidade de motores assíncronos trifásicos, montagem de circuitos e avaliação das características estáticas e dinâmicas de partida de motores.
5. Estudo de gerador DC com excitação paralela.
Estudo do princípio de funcionamento e caracterização de gerador DC com excitação paralela.
6. Estudo de gerador DC com excitação separada.
Estudo do princípio de funcionamento e caracterização de gerador DC com excitação separada.
7. Estudo do motor DC com excitação paralela.
Estudo do princípio de funcionamento e caracterização de motores DC com excitação paralela.
8.Estudo do transformador monofásico.
O objeto estudado: transformador monofásico. Durante o trabalho de laboratório ocioso, curto-circuito, estados de operação de carga são estudados e as características externas do transformador são medidas.
9.Estudo do transformador trifásico.
O objeto estudado: transformador trifásico. Durante o trabalho de laboratório ocioso, curto-circuito, estados de operação de carga são estudados e as características externas do transformador são medidas.
10.Estudo de grupos de juntas de transformadores trifásicos.
O objeto estudado: transformador trifásico. Durante o trabalho de laboratório, o rádio de tensão dos enrolamentos primário e secundário do transformador é estudado quando os enrolamentos 0, 5, 6, 11 são unidos em grupos.
11. O estudo do motor DC excitado separadamente.
O objeto estudado: motor DC excitado separadamente, motor DC carregado no modo de interrupção dinâmica. Durante o trabalho de laboratório, as características de operação e controle do motor são medidas.
12. O estudo do gerador DC excitado separadamente.
O objeto estudado: Gerador DC girado por motor elétrico DC. Durante o trabalho de laboratório, as características externas e de controle do gerador são medidas.
13.Estudo do motor assíncrono com rotor em gaiola de esquilo.
O objeto estudado: motor assíncrono com rotor gaiola de esquilo carregado com motor DC em modo de frenagem dinâmica. Durante o trabalho de laboratório, as características operacionais e mecânicas do motor são medidas.
14.Estudo de selsyns nos modos de funcionamento do indicador e do transformador.
O objeto estudado: selsyns nos modos de operação do indicador e do transformador. Durante o trabalho de laboratório é estudado o funcionamento de selsyns nos modos indicador e transformador.
Características técnicas da bancada:
Tensão ~220 50Hz / 3~50Hz 220V 3P+PE+N
Consumo de energia, W 250 / 1 kWt
Características técnicas do sistema de medição:
Número de parâmetros exibidos na bancada 15 unid. (12 indicadores)
Voltímetros 4 unid.
Amperímetros 6 unid.
Medidores de fase 1 unid.
Medidores de velocidade 1 unid.
Wattímetros 2 unid.
Medidores de frequência 1 unid.
Faixa de medição de ±1 V a ±750 V
Faixa de corrente medida de ±1 m€ a ±5 À
Faixa de velocidade medida de ±1 rad/s a ±314 rad/s
Faixa de frequência medida de 0 Hz a 163 Hz
Precisão de medição, até 1%
Características técnicas do conversor de largura de pulso:
Corrente nominal ±5 À
Tensão do link CC 300 V
Frequência do conversor 8 kHz
Sobrecarga de corrente ±7 À
Características técnicas do conversor de frequência:
Potência do motor: 0,4 kW / 1,5 kWt
Corrente nominal: 7 À
Faixa de operação da tensão de saída 3~ 220 V
Método de controle: PWM senoidal (controle U/f, independente)
Faixa de controle de frequência: de 0 a 163 Hz
Resolução de frequência: 0,3 Hz
Margem de sobrecarga: 150% da corrente de saída nominal durante 1 minuto (dependência integral)
Conjunto completo de equipamentos NTC-06.01 "Máquinas elétricas":
As medições são realizadas com medidores de painel analógicos. São 10 medidores de painel instalados no painel frontal da bancada, entre eles estão:
Amperímetro CA (limite de medição 0,2/0,5/1 A, classe de precisão 2,5) 1 unid.;
Amperímetro CC (limite de medição 1A, classe de precisão 2,5) 2 unid.;
Amperímetro DC (limite de medição 0,2A, classe de precisão 2,5) 1 unid.;
Voltímetro AC (limite de medição 100V, classe de precisão 1) 1 unid.;
Voltímetro DC (limite de medição 200V, classe de precisão 1) 1 unid.;
Wattímetro AC (limite de medição 40/450W, classe de precisão 2,5) 1 unid.;
Medidor de RPM (limite de medição 5000 rpm, classe de precisão 4) 1 unid.
A bancada de laboratório é fornecida com o seguinte suporte metódico: conjunto de documentação metódica e técnica para docentes.
A bancada permite realizar os seguintes trabalhos laboratoriais:
bancada de laboratório "Máquinas elétricas";
um conjunto de máquina;
cabo AM-BM USB 2.0;
CD-R com documentos e software que o acompanham.
Passaporte;
um conjunto de jumpers
