Энергосберегающие технологии. Электроснабжение с МПСО НТЦ-10.49, Ульяновск

Энергосберегающие технологии. Электроснабжение с МПСО

1. Стенд позволяет проводить лабораторные работы по изучению способов энергосбережения в электроснабжении предприятия.

   Стенд позволяет проводить следующие лабораторные работы:

   1. Исследование энергетических характеристик АД и обоснование эффективности использования частотного преобразователя.
   2. Исследование энергетических характеристик трансформатора и обоснование эффективности перераспределения нагрузок.
   3. Обоснование целесообразности компенсации реактивной мощности при передаче электроэнергии.
   4. Исследование эффективности компенсации реактивной мощности на первичной и вторичной стороне питающего трансформатора.
   5. Исследование эффективности компенсации реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов.
   6. Исследование эффективности компенсации реактивной мощности с помощью СД.
   7. Обоснование целесообразности управления компенсирующими устройствами.
   8. Исследование влияния полупроводниковых преобразователей на качество питающего напряжения и коэффициент мощности.
   9. Исследование влияния качества питающего напряжения на характеристики потребителей.
   10. Обоснование целесообразности регулирования коэффициента мощности осветительных установок.
   11. Исследование энергетической эффективности различных источников электроосвещения.
   Техническое описание стенда

   Конструктивно оборудование состоит из пяти частей:

   • корпуса, в который установлена часть электрооборудования, электронные платы, лицевая панель и столешница интегрированного рабочего стола;
   • двух дополнительных силовых модулей;
   • машинного агрегата, в состав которого входит один электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения серии ПЛ062УХЛ4 (Р_НОМ=90 Вт, n_НОМ=1500 об/мин, n_МАКС=4500об/мин, U_ПИТ=220В), один асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии АИР56А4У3 (Р_НОМ=120 Вт, n_НОМ=1350 об/мин, U_{СТАТОРА Y/∆}=380/220В, I_{СТАТОРА Y/∆}=0,53/0,8А), оптический датчик скорости с определением направления вращения, маховик для создания инерционного момента;
   • асинхронного электродвигателя с фазным ротором серии ДМТF 0,11-6У1-IP44 (Р_НОМ=1,4кВт, n_НОМ=880об/мин, U_{СТАТОРА Y/∆}=380/220В, I_{СТАТОРА Y/∆}=5,3/9,2А, U_РОТОРА=118В, I_РОТОРА=9А).

   Стенд осуществляет подачу, контроль и распределение первичных энергоресурсов на различные виды нагрузки предприятия. Электроэнергетическая система воспроизводит в лабораторных условиях понижение входного электропитания от ЛЭП через ТП во внутрипроизводственную сеть. Блок нагрузок состоит из электромашинного агрегата (ДПТ-АД) с частотным инвертором и широтно-импульсным преобразователем, регулируемой активно-индуктивной нагрузки, блока осветительных устройств и тиристорного выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой. Компенсация реактивной мощности в системе осуществляется синхронной машиной и магазином конденсаторов. Стенд укомплектован измерительно-вычислительным комплексом на базе ПК. Воспроизводимая лабораторным комплексом энергосистема предприятия управляется и контролируется с помощью ПК с программно-методическим обеспечением.

   В корпусе стенда размещены:

   • Частотный преобразователь, предназначенный для формирования трехфазной сети переменного тока регулируемой частоты и напряжения питания асинхронного электродвигателя. Преобразователь построен на базе микроконтроллера MB90F562 (Fujitsu) и силового интеллектуального модуля PS11033 (Mitsubishi).
     Контроллер служит для обсчетов входных (задания напряжения, частоты и тока динамического торможения) и выходных (ток, напряжение) сигналов преобразователя, организации обмена данными с ПК (RS-485), вывода измеряемых величин на лицевую панель стенда.
     Силовой модуль включает в себя силовые цепи трехфазного мостового выпрямителя, трехфазного мостового инвертора на IGBT транзисторах, а также цепи драйверов и защиты (от токов короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, неправильной подачи сигналов управления.)
     Преобразователь частоты позволяет исследовать асинхронный электродвигатель во всех четырех квадрантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение двигателя с регулируемым током.
   • Широтно-импульсный преобразователь, предназначенный для питания цепи якоря и обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока, а так же питание цепи ротора трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором в режиме синхронного двигателя и генератора.
     Широтно-импульсный преобразователь реализован на силовой элементной базе Частотного преобразователя. Два его плеча используются для получения реверсивного симметричного ШИП ( питание якоря ДПТ ), а оставшееся плечо используется в качестве нереверсивного ШИП для ротора трехфазного асинхронного двигателя. Питание обмотки возбуждения ДПТ реализовано на отдельном MOSFET транзисторе фирмы International Rectifier.
     Система управления построена на микроконтроллере AT Mega163 (Atmel) и реализует обсчеты входных (задания напряжения, частоты и тока динамического торможения) и выходных (токи якоря, возбуждения, ротора) сигналов, организацию обмена данными с ПК (RS-485), вывод измеряемых величин на лицевую панель стенда.
     Широтно-импульсный преобразователь цепи якоря электродвигателя постоянного тока дополнен режимом работы замкнутой системы (регулирование по току или по скорости), а так же генераторным режимом работы.
   • Силовые пускатели релейной подсистемы.
   • Сбросовые резисторы энергии при перенапряжении на интеллектуальных модулях.

   В дополнительных модулях установлены:

   • нагрузочные резисторы;
   • компенсирующие емкости;
   • нагрузочные индуктивности;
   • силовые пускатели релейной подсистемы.

   К лабораторному стенду прилагается программное и методическое обеспечение:

   • программа тестирования студента для допуска к лабораторным работам. В процессе тестирования проверяются как теоретические знания, так и знание содержания выполняемой лабораторной работы. В результате тестирования студент получает оценку знаний;
   • программное обеспечение измерительного комплекса;
   • комплект методической и технической документации, предназначенный для преподавательского состава.

   Программное обеспечение МПСО позволяет:

   • выводить в одних координатных осях до 21 измерительного канала, с индивидуальной настройкой параметров масштаба по вертикали для каждого из каналов и общей для всех каналов настройкой параметров масштаба по горизонтали;
   • строить фигуры Лиссажу для двух любых измерительных каналов;
   • производить анализ спектра любого из используемых измерительных каналов;
   • производить измерение частоты сигнала на любом используемом канале;
   • вычислять активную, реактивную составляющие мощности, полную мощность, коэффициент мощности;
   • сохранять массив данных из буфера для последующего анализа;
   • производить экспорт осциллограмм в графические форматы.

   Программное обеспечение стенда позволяет:

   • управлять всеми встроенными системами стенда непосредственно с ПК;
   • контролировать работу стенда с отображением всех параметров на экране ПК;
   • повторять основные теоретические положения, исследуемые в лабораторной работе;
   • проверять знания учащихся перед выполнением лабораторной работы (теоретические вопросы, правильность сборки схемы, знание аппаратной части, пошаговый контроль понимания выбора схемы проведения эксперимента и средств измерений для реализации конкретных учебных целей);
   • выполнение лабораторных работ разного уровня сложности;
   • производить в реальном времени математические вычисления над измеряемыми электрическими величинами и их графическое отображение;
   • сохранять полученные данные и работать с ними уже при выключенном стенде;
   • экспортировать полученные данные (графики, осциллограммы, расчетные данные) в офисные программы для удобства последующего составления отчета.
   Технические характеристики

   Технические характеристики стенда:

   Питание

   ~3 380/220 В, 50Гц

   Потребляемая мощность, кВт не более

   1

   Габаритные размеры стенда:

   Ширина, мм 1310

   Высота, мм

   1460

   Глубина, мм

   600

   Габаритные размеры силовых модулей:

   Длина, мм

   550

   Ширина, мм

   140

   Высота, мм

   550

   Габаритные размеры машинного агрегата:

   Длина, мм

   400

   Ширина, мм

   150

   Высота, мм

   180

   Габаритные размеры фазного двигателя:

   Длина, мм

   ?

   Ширина, мм

   ?

   Высота, мм

   ?

   Вес оборудования, кг., не более

   ?

   Технические характеристики МПСО:

   Количество гальванически развязанных АЦП

   3 шт.

   Количество каналов в одном АЦП

   7 шт.

   Частота дискретизации АЦП

   1 МГц

   Количество каналов ЦАП

   1 шт.

   Амплитуда сигнала ЦАП, до

   ±5 В

   Частота дискретизации ЦАП 1 МГц Диапазон измеряемых напряжений От ±0,1 В До ±750 В Диапазон измеряемых токов От ±500 мкА До ±10А

   Точность измерений, до

   0,5%

   Технические характеристики широтно-импульсного преобразователя:

   Номинальный ток

   ±20 А

   Напряжение звена постоянного тока

   300 В

   Частота преобразователя

   8 кГц

   Перегрузка по току

   ±40 А

   Технические характеристики частотного преобразователя:

   Мощность

   1,5 кВт

   Номинальный ток

   7 А

   Рабочий диапазон выходных напряжений

   3~ 220 В

   Метод управления

   синусоидальная ШИМ
   (управление U/f, независимое)

   Диапазон управления по частоте

   от 0 до 150 Гц

   Разрешающая способность по частоте

   1 Гц

   Запас по перегрузке

   150% от номин. выходного тока в течение 1 минуты (интегральная зависимость)

   Технические характеристики ПК:

   Операционная система

   Microsoft Windows XP 7

   Коммуникационные порты

   USB2.0, RS-232

   Процессор

   x86 2000МГц

   Оперативная память

   2048 Мб

   Жесткий диск

   не менее 200Мб

   Видеоподсистема

   1366x768 16Бит

   Устройства ввода информации

   Клавиатура, мышь

   Устройства чтения сменных носителей

   CD/DVD-Rom

   Комплектность оборудования «Электроснабжение с МПСО» модификации НТЦ-10.49:

   • лабораторный стенд «Электроснабжение с МПСО» НТЦ-10.49;
   • один машинный агрегат;
   • один асинхронный двигатель с фазным ротором;
   • программное обеспечение;
   • методические указания;
   • паспорт;
   • комплект перемычек.

   Рекомендуемое дополнительное оборудование, не входящее в комплект поставки:

   • персональный компьютер / ноутбук.