Саяпина Т.К. Изучение и внедрение лабораторного комплекса «Электросиловые двигательные установки»
Описание лабораторного стендаУчебный стенд предназначен для исследований и испытаний базового перечня, существующих и перспективных систем накопления электроэнергии, оптимизации их характеристик, конструкций и характерных особенностей, а также систем управления процессами заряда и разряда с учетом требований энерго и ресурсосбережения, применительно к различным типам энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных средств.
Структурная схема лабораторного стенда «Электросиловые двигательные установки»
АКБ - аккумуляторная батарея;
БУ ЭСДУ - блок управления электродистанционной системы управления;
ЗУ - зарядное устройство;
А - амперметр;
КУ ТД - контроллер управления тяговым двигателем;
МУ - модуль управления;
ВАС Д2 - контроллер управления тяговым двигателем;
ВАС Д1 - контроллер управления нагрузочным двигателем;
Д2 - Тяговый двигатель;
Д1 - Нагрузочный двигатель.
Тяговый двигатель Д2 управляется контроллером ВАС Д2. Двигатель к контроллеру подключается через модуль управления МУ и контроллер управления тяговым двигателем КУ ТД. Двигатель Д2 может получать сигнал управления, а так же передавать данные в контроллер.
Нагрузочный двигатель Д1управляется контроллером ВАС Д1 и подключается к модулю управления МУ, откуда получает внешние сигналы управления.
Контроллер управления тяговым двигателем КУ ДТ подключается к аккумуляторной батареи и АКБ через амперметр А. Аккумуляторная батарея заряжается от зарядного устройства ЗУ, через амперметр А. Блок управления БУ ЭСДУ напрямую управляет зарядкой аккумуляторной батареей АКБ.
Трехфазные бесщеточные BLDC электромоторы BLT типаВ качестве тягового и нагрузочного двигателей в лабораторной установке используются бесщеточные BLDC электромоторы мощностью 500 и 650 Вт.
BLDC моторы (бесщеточный мотор постоянного тока) - это серия мощных электромоторов от компании GoldenMotor. Также имеют названия вентильный электродвигатель с высококоэрцитивными постоянными магнитами (ВДПМ) (Brushless DC Motor - BLDC) с бездатчиковым управлением.
Преобразователь В данном стенде в качестве преобразователя выступает контроллер BAC 0501.
Контроллер управления двигателем BAC 0501 с возможностью плавного регулирования скорости тягового двигателя, реверсом, рекуперацией, защитой от перенапряжения, перегрева, ограничением тока, с входами для датчиков Холла, аналоговым интерфейсом задания, с возможностью подключения по цифровым интерфейсам, с гальванически развязанным питанием информационных каналов.
Литий - железо - фосфатные аккумуляторыВ рамках курсовой работы, на рассматриваемом стенде используются литий - железо - фосфатные аккумуляторные батареи «Thunder sky» в количестве 8 штук.
Литий-ионные LI - ION аккумуляторы - это тип необслуживаемых гер-метичных литий-ионных АКБ. В настоящее время литий-ионные LI-ION акку-муляторы (ячейки) являются наиболее перспективными во всем мире и в Рос-сии.
Аккумулятор WB-LYP40AHA, 3,6В-40Ач.
Зарядное устройство
Для того чтобы заряжать аккумуляторные батареи (АКБ) необходимо зарядное устройство.
В рассматриваемом стенде используется зарядное устройство типа Good Will Instek SPS-3610 с возможностью ручного плавного регулирования тока зарядки, индикатором включения и работы, защитами питающих цепей от перегрузки.
Электрическая схема лабораторного стенда
ссылка на электрическую схемуhttps://i.imgur.com/F74XK8M.jpgДля лабораторного стенда «Электросиловые двигательные установки» была разработана электрическая схема.
Представленный стенд подключен к однофазной электрической сети.
Для включения тягового двигателя М2, на панели «Контроллер управления тяговым двигателем» установлена кнопка SB1.
Для управления тяговым двигателем используется ручка регулирования скорости, тумблер реверса SB2, и кнопка рекуперативного торможения SB3.
Модуль управления представляет собой контроллер управления нагру-зочным двигателем М1.
На панели «Модуль управления» установлена кнопка включения нагрузочного двигателя SB4, тумблер реверса SB5 и ручка регулирования скорости.
Выведенные клеммы трех фаз U, V, W тягового двигателя позволяют подключить его к контроллеру управления тяговым двигателем.
Устройство балансировки УБ имеет дисплей и кнопок SB6 «Старт», SB7 «Выбор» и SB8 «Сброс». После включения стенда и нажатия кнопки SB6 «Старт» на экране дисплея можно выбрать кнопкой SB7 «Выбор» три режима отображения: напряжение на каждом аккумуляторе относительно общего минуса, отображение температуры каждого аккумулятора и общее напряжение АКБ и протекающего тока.
При включении автоматического выключателя QF, автоматически подается питание на устройство балансировки. После нажатия кнопки SB6 «Старт», устройство замкнет внутренне реле управления цепью катушки силового выключателя АКБ, и перейдет в режим отображения параметров в соответствии с выбранным режимом кнопкой SB7 «Выбор», одновременно с этим устройство будет отслеживать параметры.
В случае сбоя или при нештатном поведении устройства нажать кнопку SB8 «Сброс».
Клеммы аккумуляторной батареи подключены к силовому выключателю АКБ - КМ1, катушкой которого управляет устройство балансировки. В цепи управления катушкой предусмотрен тумблер включения/отключения выключателя АКБ - SA.
Для использования АКБ необходимо подать питание на стенд, дождаться включения устройства балансировки для замыкания его внутреннего реле управления катушкой выключателя АКБ и включить тумблер SA. После этого произойдет замыкание контактов выключателя АКБ.
К блоку питания 12V подключены 3 светодиоды. На стенде их роль вы-полняет светодиодные ленты, подсвечивая специальное смотровое окно сило-вой установки (двигателей).
Разработка учебно - методического пособия к лабораторному стенду
«Электросиловые двигательные установки»Лабораторная работа №1Электромеханические характеристики тягового двигателя
Цель: Получение экспериментальным путем электромеханических характеристик тягового двигателя.
Задание: Получить экспериментальным путем электромеханические ха-рактеристики тягового двигателя, а именно зависимости скорости вращения двигателя от момента на валу W(M), и тока потребления от нагрузки на валу I(M) при различных заданиях скорости двигателя.
Порядок выполнения работы
1. Убедиться, что лабораторный стенд не подключен к сети.
2. Включение стенда.
Согласно электрической схеме подключений, подключите тяговый двигатель к контроллеру управления, а контроллер управления к АКБ, блок питания к нагрузочному двигателю, либо в случае необходимости заряда АКБ подключите зарядное устройство к АКБ, при этом убедитесь, что все тумблеры SW1, SW2, SW3 выключены. Включите автомат QF1. После этого автоматически поступит питание на зарядное устройство, блок питания, устройство балансировки и включится подсветка силовой установки. После инициализации, на экране устройства балансировки появится надпись «Нажмите СТАРТ», это позволит еще раз убедиться в правильности подключения схемы и на этом этапе есть возможность подключить устройство балансировки по USB к ноутбуку. Если в момент нажатия кнопки «Старт» USB кабель подключен к выключенному ноутбуку, то в программе EIDrive (рисунок 21) можно будет наблюдать за параметрами двигателя, АКБ и графиками, если нет, то после нажатия кнопки «Старт» ПОДКЛЮЧЕНИЕ НОУТБУКА БУДЕТ ИГНОРИРОВАТЬСЯ и программа EIDrive не будет работать. Также запрещается после включения ноутбука к стенду по USB и последующего нажатия кнопки «Старт» выключать ноутбук или вытаскивать кабель. Для нормальной работы следует подключить ноутбук к сети 220 В входящим в комплект кабелем, включить ноутбук, до-ждаться загрузки и появления рабочего стола, затем в соответствии с изложенной выше информацией включить стенд, дождаться надписи «Нажмите СТАРТ», подключить входящим в комплект кабелем USB ноутбук к стенду и нажать кнопку «Старт», после этого стенд определиться в системе и можно запустить программу EIDrive, которая находится на рабочем столе. В случае сбоя связи со стендом по USB в процессе работы EIDrive, необходимо выключить программу, вытащить кабель USB из стенда, далее следуя подсказкам на экране перезагрузить устройство балансировки, нажав «Сброс», далее необходимо повторить процедуру данного пункта и продолжить работу со стендом.
3. Включить контроллер управления тяговым двигателем с помощью переключателя включить/выключить. При этом убедиться, что ручка регулировки скорости находится в положении «0».
4. После включения стенда и программы EIDrive, необходимо дать задание тяговому двигателю, а именно установить ручку регулирования скорости на заданную величину.
5. После того как двигатель запустился, необходимо ручным тормо-зом, который находится на поверхности рабочего стола, останавливать двигатель. НО! Делать это следует аккуратно, не резко, чтобы не испортить установку.
6. После нажатия на ручной тормоз, необходимо его зафиксировать таким образом, чтоб в программе EIDrive в области параметров двигателя установился момент.
7. Далее занести в таблицу значения скорости вращения W и значение момента M при этой скорости.
8. Проводить эксперимент следует до полного останова двигателя.
9. По полученным данным необходимо построить механическую за-висимость W(M) тягового двигателя.
10. Для более точных результатов необходимо проводить эксперимент при различных заданиях скорости.
Ниже , на рисунках представлены механические характеристики тягового двигателя при заданиях скорости вращения 65%, 75%, 80% и 90%. Из графиков видно, что зависимость W(M) - линейна.
Таблица 1 - Значения скорости вращения и тока.
11. Для снятия электромеханических характеристик I(M) необходимо подключить стенд через АКБ. Если необходимо зарядить АКБ, то сначала заряжаем их, а затем продолжаем работу. Важно при подключении ноутбука соблюсти все рекомендации описанные в п.1.
12. Эксперимент проводится таким же образом, что и ранее - запускаем тяговый двигатель с помощью ручки регулирования скорости задаем «задание» и останавливаем двигатель с помощью ручного тормоза.
Но! В области отображения параметров двигателя необходимо зафиксировать и занести в таблицу значения скорости вращения W, тока I и момента на валу двигателя M.
13. По полученным данным необходимо построить электрическую зависимость I(M) тягового двигателя.
14. Для более точных результатов необходимо проводить эксперимент при различных заданиях скорости.
Ниже, на рисунках представлены электрические характеристики тягового двигателя при заданиях скорости вращения 65%, 75%, 80% и 90% и примеры таблиц. Из графиков видно, что зависимость I(M) - линейна.
Таблица 2 - Значения скорости вращения, тока и момента
65% 75% 80% 90%
Лабораторная работа №2.Рекуперативное торможение
Цель: Исследование и анализ торможения исполнительного агрегата. Исследование влияния интенсивности рекуперативного торможения на заряд аккумуляторной батареи.
Задание: Исследовать электросиловую установку в условиях торможения исполнительного агрегата и влияние интенсивности рекуперативного торможения на заряд аккумуляторной батареи. Оценка результатов.
Порядок выполнения работы
1. Убедиться, что лабораторный стенд не подключен к сети.
2. Включение стенда произвести с учетом рекомендаций в п.1 лабораторной работы №1.
3. Включить контроллер управления тяговым двигателем с помощью переключателя включить/выключить. При этом убедиться, что ручка регулировки скорости находится в положении «0».
4. С помощью ручного тормоза или кнопки «Тормоз» пронаблюдать изменение показателей скорости, момента и тока. (Чтобы пронаблюдать изменение тока необходимо подключить стенд через АКБ. Если необходимо зарядить АКБ, то сначала заряжаем их, а затем продолжаем работу. Важно при подключении ноутбука соблюсти все рекомендации описанные в п.1.)
5. Тоже самое проделать и с нагрузочным двигателем. Включить модуль управления нагрузочным двигателем с помощью переключателя вклю-чить/выключить. При этом убедиться, что ручка регулировки скорости нахо-дится в положении «0». Запустить тяговый двигатель.
6. С помощью ручного тормоза или кнопки «Тормоз» пронаблюдать изменение показателей скорости, момента и тока.
7. Теперь необходимо разогнать тяговый двигатель с помощью нагрузочного двигателя.
Для этого включаем оба двигателя, устанавливаем задание тяговому двигателю. После пуска тягового двигателя, устанавливаем задание нагрузочному двигателю. Делать это следует постепенно. Далее наблюдаем за скоростью вращения электросиловой установки.
8. Пронаблюдать изменение показателей скорости, момента и тока.
9. Пронаблюдаем торможение нагрузочного двигателя тяговым.
Для этого запустим нагрузочный двигатель, установим тумблер «Реверс» на тяговом двигателе и запустим его.
Исходя из проведенных экспериментов можно сделать выводы:
1. При торможении двигателя скорость вращения двигателя резко убывает;
2. Момент на валу двигателя резко возрастает;
3. Изменение показателей тока можно пронаблюдать только в цепи подключения к АКБ, в противном случае изменений показаний на графике не будет.
4. При разгоне работе тягового и нагрузочного двигателей наблюдается разгон электросиловой установки.
5. При включении тягового двигателя в режим «Реверс» наблюдается торможение нагрузочного двигателя.
Исследуем рекуперативное торможение.
Рекуперативное торможение -- вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.
Порядок выполнения работы
1. Убедиться, что лабораторный стенд не подключен к сети.
2. Включение стенда произвести с учетом рекомендаций в п.1 лабораторной работы №1.
3. Необходимо подключить стенд через АКБ. Если необходимо зарядить АКБ, то сначала заряжаем их, а затем продолжаем работу. Важно при подключении ноутбука соблюсти все рекомендации описанные в п.1.
4. Включить контроллер управления тяговым двигателем с помощью переключателя включить/выключить. При этом убедиться, что ручка регулировки скорости находится в положении «0».
5. Запустить тяговый двигатель, установить задание.
6. Установить тумблер «Реверс». При этом на экране компьютера в области отображения ошибок должен загореться желтым цветом значок «рекуперации». Пронаблюдать влияние рекуперации на заряд АКБ.
Исходя из проведенных экспериментов можно сделать вывод:
При включении режима рекуперации вырабатываемая тяговым двигателем энергия возвращается АКБ.
