Descrição
A bancada foi projetada para a realização de laboratórios em “Máquinas Elétricas”.
Estruturalmente a bancada consiste em duas partes:
carcaça, na qual são instalados parte do equipamento elétrico, placas eletrônicas, painel frontal, módulo de potência e tampo de mesa integrado;
conjunto da máquina, que inclui motor DC, motor assíncrono com rotor bobinado, um motor assíncrono com rotor gaiola de esquilo, além de sensor óptico de velocidade com definição do sentido de rotação.
A bancada pode ser complementada com unidade de maquinaria elétrica baseada em motores elétricos de pequena (90 W) ou grande potência (0,55 kW).
A caixa da bancada contém:
Conversor de frequência para geração de rede 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 utilizado para calcular dados de entrada (especificando tensão e frequência) e sinais de saída (corrente, tensão), para troca de dados com PC (RS-485) e exibir os valores medidos no painel frontal da bancada. O módulo de potência inclui circuitos de potência para uma ponte retificadora trifásica, uma ponte inversora trifásica baseada em transistores IGBT, bem como drivers e circuitos de proteção (curto-circuito, tensão de alimentação insuficiente dos drivers, entrada inadequada de sinais de controle). 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 fonte de alimentação do enrolamento de excitação do motor DC, bem como fonte de alimentação do circuito do rotor do motor assíncrono trifásico com rotor enrolado no modo de motor síncrono e gerador. O conversor de largura de pulso é implementado com base no elemento de potência do conversor de frequência. Dois de seus braços são utilizados para obter PWC simétrica reversível, e o terceiro braço é utilizado 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 da armadura do motor DC é complementado com um modo de sistema fechado (controle de corrente ou velocidade), bem como um modo gerador.
A unidade de medição é baseada em dispositivos de medição digitais. Além das medições de corrente contínua e tensão, cada canal pode calcular:
valor efetivo de corrente e tensão alternada;
ângulo de mudança 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 de gaiola de esquilo (estrela/delta);
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 em circuito de 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 da rede interna (modo de recuperação) para reduzir o consumo de energia da rede.
Três transformadores de dois enrolamentos;
Contatores de potência do subsistema de relés.
Os diagramas elétricos dos objetos estudados estão representados no painel frontal. Todos os diagramas estão divididos em grupos de acordo com o tema do laboratório. O painel contém tomadas de comutação, indicadores de dispositivos digitais, quadros e controles que permitem ao usuário alterar parâmetros dos elementos durante o trabalho de laboratório.
Controles no painel frontal da bancada:
potenciômetro de ponto de ajuste para controlar o conversor reverso de largura de pulso, o sinal de referência do sistema fechado;
potenciômetros de setpoint de conversores de largura de pulso de alimentação para enrolamentos de excitação de motores CC e rotor enrolado de motor assíncrono em modo máquina síncrona;
potenciômetros de setpoint do conversor de frequência, que permitem a mudança suave da frequência de saída (0 ÷ 163 Hz) e dos ajustes da tensão de saída (0 ÷ 220 V);
controles do subsistema de 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 do laboratório são complementados software e um conjunto de documentação metodológica e técnica destinada ao corpo docente.
A bancada proporciona a realização dos seguintes laboratórios:
1. Estudo de transformador de potência de dois enrolamentos com utilização de 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 conexão de transformadores trifásicos de dois enrolamentos.
Estudo de diagramas vetoriais de tensão para diferentes padrões de ligação e determinação experimental de grupo de ligação de transformadores trifásicos.
3. Estudo de motor assíncrono trifásico com rotor 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 motores assíncronos trifásicos com arranque em rotor de gaiola de esquilo.
Estudo de partidas de motores assíncronos trifásicos, montagem de circuitos e avaliação de 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.
Estudo de motor DC com excitação paralela.
Estudo do princípio de funcionamento e caracterização de motor DC com excitação paralela.
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 tensão medida de ±1 V a ±750 V
Faixa de corrente medida de ± 1 mА 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 operacional de tensão de saída 3~ 220 V
Método de controle: PWM sinusoidal (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 "Máquinas Elétricas":
bancada de laboratório "Máquinas elétricas";
um conjunto de máquina;
conjunto de jumpers;
cabo AM-BM USB 2.0;
CD-R com documentos e software que o acompanham.
