RU182115U1

RU182115U1 - Test bench

Info

Publication number: RU182115U1
Application number: RU2018112417U
Authority: RU
Inventors: Александр Вадимович Морозов
Original assignee: Акционерное общество "Сарапульский электрогенераторный завод"
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-08-03

Abstract

Полезная модель может быть использована для испытания асинхронных двигателей и относится к специализированным измерительным приборам, а именно к испытательным стендам. Устройство содержит раму, снабженную стойками, в передней части которой на опоре установлен асинхронный электродвигатель, к входу которого подключен внешний генератор частоты, а в задней части - трехфазный синхронный генератор. Вал ротора электродвигателя посредством противоударной муфты с резиновым амортизатором соединен с валом трехфазного синхронного генератора, выход которого через трехфазный мостовой выпрямитель подключен к активной нагрузке, представляющей собой переменное нагрузочное сопротивление, снабженное амперметром и вольтметром. Дополнительно на корпусе асинхронного электродвигателя установлен датчик температуры, к валу электродвигателя подключен энкодер, а выходы амперметра, вольтметра, датчика температуры и энкодера подключены к первому, второму, третьему и четвертому измерительным входам измерительного модуля, закрепленного на раме стенда. Измерительный модуль включает в себя корпус с установленным в нем микропроцессорным блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, содержащего универсальные порты ввода-вывода, аналого-цифровые преобразователи и универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик; дополнительно измерительный модуль содержит блоки текстовой и блок графической индикации, блок ввода данных и энергонезависимую электрически перепрограммируемую память, подключенные к микроконтроллеру. Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения с помощью стенда управляемых экспериментов по изучению статических и динамических характеристик асинхронных электродвигателей. 2 з.п. ф-лы; 4 ил.

The utility model can be used to test induction motors and relates to specialized measuring instruments, namely to test benches. The device comprises a frame equipped with racks, in the front of which an asynchronous electric motor is mounted on the support, an external frequency generator is connected to its input, and a three-phase synchronous generator is connected in the back. The rotor shaft of the electric motor through a shockproof coupling with a rubber shock absorber is connected to the shaft of a three-phase synchronous generator, the output of which through a three-phase bridge rectifier is connected to an active load, which is a variable load resistance, equipped with an ammeter and a voltmeter. In addition, a temperature sensor is installed on the casing of the induction motor, an encoder is connected to the motor shaft, and the outputs of the ammeter, voltmeter, temperature sensor and encoder are connected to the first, second, third and fourth measuring inputs of the measuring module mounted on the stand frame. The measuring module includes a housing with a microprocessor control unit installed in it, made on the basis of a microcontroller containing universal input-output ports, analog-to-digital converters and a universal synchronous-asynchronous transceiver; in addition, the measuring module contains text blocks and a graphic display unit, a data input unit and a non-volatile electrically reprogrammable memory connected to the microcontroller. The technical result consists in providing the possibility of conducting controlled experiments using the test bench to study the static and dynamic characteristics of asynchronous electric motors. 2 s.p. f-ly; 4 ill.

Description

Техническое решение относится к специализированным измерительным приборам для испытания электрических машин, в частности асинхронных электродвигателей, а также исследования их статических и динамических характеристик.The technical solution relates to specialized measuring devices for testing electrical machines, in particular asynchronous electric motors, as well as studying their static and dynamic characteristics.

Из уровня техники известно устройство для испытания асинхронных двигателей под нагрузкой (RU 2334993 C1, МПК G01R 31/34, опубл. 27.09.2008], содержащее симметричные тиристоры в цепи каждой фазы обмотки статора двигателя, систему формирования управляющих импульсов для симметричных тиристоров и блок управления режимами работы двигателя. При этом устройство дополнительно содержит регулируемый индуктивный ограничитель тока, выход которого подключен к каждой фазе обмотки статора двигателя, а вход подключен к выходу симметричных тиристоров с возможностью реверсирования двигателя [1].The prior art device for testing induction motors under load (RU 2334993 C1, IPC G01R 31/34, publ. 09/27/2008], containing symmetric thyristors in the circuit of each phase of the stator winding of the motor, a system for generating control pulses for symmetric thyristors and a control unit The device additionally contains an adjustable inductive current limiter, the output of which is connected to each phase of the stator winding of the motor, and the input is connected to the output of symmetric thyristors reverse engine [1].

Недостатком известного устройства является отсутствие в его конструкции измерительных средств, что ограничивает возможности устройства при исследовании статических и динамических характеристик асинхронных электродвигателей.A disadvantage of the known device is the lack of measurement tools in its design, which limits the capabilities of the device in the study of the static and dynamic characteristics of asynchronous motors.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признано устройство диагностики асинхронных электрических двигателей (RU 2484490C1, МПК G01R 31/34, опубл. 10.06.2013), содержащее источники питания и ряд измерительных устройств. Устройство также содержит блок памяти номинальных величин двигателя, бортовой накопитель, дисплей, микропроцессор для определения реальной длительности пуска, микропроцессор для оценки перегрева и состояния изоляции. Измерительные устройства включают в себя датчик тока, связанный с обоими микропроцессорами, датчик температуры изоляции и датчик температуры окружающей среды, которые связанны с микропроцессором, предназначенным для определения перегрева и состояния изоляции [2].The closest technical solution to the claimed utility model and selected as a prototype is a diagnostic device for asynchronous electric motors (RU 2484490C1, IPC G01R 31/34, publ. 06/10/2013) containing power sources and a number of measuring devices. The device also contains a memory unit for the nominal values of the engine, an on-board storage device, a display, a microprocessor for determining the actual duration of the start-up, a microprocessor for assessing overheating and the state of insulation. Measuring devices include a current sensor connected to both microprocessors, an insulation temperature sensor, and an ambient temperature sensor, which are connected to a microprocessor designed to detect overheating and insulation status [2].

К недостаткам известного технического решения следует отнести отсутствие в конструкции устройства датчика угла поворота электродвигателя, что ограничивает возможности устройства по анализу длительности переходного процесса достижения двигателем заданной скорости вращения ротора. Кроме того, устройство обладает низкой технологичностью, обусловленной его сложной конструкцией, подразумевающей использование для осуществления измерений мультипроцессорной системы.The disadvantages of the known technical solutions include the lack of a rotational angle sensor of the electric motor in the device’s design, which limits the device’s ability to analyze the duration of the transition process when the engine reaches the specified rotor speed. In addition, the device has low adaptability due to its complex design, which implies the use of a multiprocessor system for measurements.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение возможности проведения с помощью стенда управляемых экспериментов по изучению статических и динамических характеристик асинхронных электродвигателей.The technical problem to which the claimed utility model is directed is to enable controlled experiments to study the static and dynamic characteristics of induction motors with the help of a bench.

Указанная задача решена тем, что испытательный стенд содержит раму, снабженную стойками, в передней части которой на опоре установлен асинхронный электродвигатель, к входу которого подключен внешний генератор частоты, а в задней части - трехфазный синхронный генератор. Вал ротора электродвигателя посредством противоударной муфты с резиновым амортизатором соединен с валом трехфазного синхронного генератора, выход которого через трехфазный мостовой выпрямитель подключен к активной нагрузке, представляющей собой переменное нагрузочное сопротивление, снабженное амперметром и вольтметром. Дополнительно на корпусе асинхронного электродвигателя установлен датчик температуры, к валу электродвигателя подключен энкодер, а выходы амперметра, вольтметра, датчика температуры и энкодера подключены к первому, второму, третьему и четвертому измерительным входам измерительного модуля, закрепленного на раме стенда.This problem is solved in that the test bench contains a frame equipped with racks, in front of which an asynchronous electric motor is mounted on a support, an external frequency generator is connected to its input, and a three-phase synchronous generator is connected at the rear. The rotor shaft of the electric motor through a shockproof coupling with a rubber shock absorber is connected to the shaft of a three-phase synchronous generator, the output of which through a three-phase bridge rectifier is connected to an active load, which is a variable load resistance, equipped with an ammeter and a voltmeter. In addition, a temperature sensor is installed on the casing of the induction motor, an encoder is connected to the motor shaft, and the outputs of the ammeter, voltmeter, temperature sensor and encoder are connected to the first, second, third and fourth measuring inputs of the measuring module mounted on the stand frame.

Измерительный модуль включает в себя корпус с установленным в нем микропроцессорным блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, содержащего универсальные порты ввода-вывода, аналого-цифровые преобразователи и универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик; дополнительно измерительный модуль содержит блоки текстовой и блок графической индикации, блок ввода данных и энергонезависимую электрически перепрограммируемую память, подключенные к микроконтроллеру.The measuring module includes a housing with a microprocessor control unit installed in it, made on the basis of a microcontroller containing universal input-output ports, analog-to-digital converters and a universal synchronous-asynchronous transceiver; in addition, the measuring module contains text blocks and a graphic display unit, a data input unit and a non-volatile electrically reprogrammable memory connected to the microcontroller.

Блоки текстовой индикации выполнены на основе текстового LCD-индикатора и линейки семисегментых индикаторов, а блок графической индикации - на основе растрового TFT-дисплея.The blocks of textual indications are made on the basis of a text LCD indicator and a line of seven-segment indicators, and the graphical indication block is based on a raster TFT display.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью конструктивных признаков раскрытого выше устройства, является возможность проведения с его помощью управляемых экспериментов по изучению статических и динамических характеристик асинхронных электродвигателей, осуществимость которых обеспечивается следующими особенностями стенда:A positive technical result provided by a combination of design features of the device disclosed above is the possibility of using it to conduct controlled experiments to study the static and dynamic characteristics of induction motors, the feasibility of which is ensured by the following features of the stand:

- регулирование нагрузки, приложенной к валу двигателя, за счет изменения величины тока статора синхронного генератора, путем изменения величины переменного нагрузочного сопротивления;- regulation of the load applied to the motor shaft, by changing the magnitude of the stator current of the synchronous generator, by changing the magnitude of the variable load resistance;

- измерение полезной мощности на валу электродвигателя, за счет измерения тока и напряжения на переменном нагрузочном сопротивлении генератора с помощью амперметра и вольтметра;- measurement of net power on the motor shaft, by measuring the current and voltage at the alternating load resistance of the generator using an ammeter and voltmeter;

- измерение и изучение в динамике температуры корпуса двигателя за счет применения датчика температуры;- measuring and studying the dynamics of the temperature of the engine housing through the use of a temperature sensor;

- измерение угловой скорости и частоты вращения ротора двигателя и, соответственно, определение длительности разгона двигателя до выхода на заданный режим работы за счет применения энкодера;- measuring the angular velocity and frequency of rotation of the rotor of the engine and, accordingly, determining the duration of the acceleration of the engine to reach the specified operating mode due to the use of an encoder;

- фиксация измеряемых величин, их обработка, сохранение в энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти и, при необходимости, передача на удаленный персональный компьютер для их дальнейшего анализа за счет применения микропроцессорного блока управления измерительного блока.- fixation of measured values, their processing, saving in non-volatile electrically reprogrammable memory and, if necessary, transfer to a remote personal computer for their further analysis through the use of a microprocessor control unit of the measuring unit.

Конструкция измерительного стенда поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан его общий вид в изометрии; на фиг. 2 - электрическая схема подключения к асинхронному двигателю синхронного генератора, выход которого через трехфазный мостовой выпрямитель подключен к активной нагрузке, представляющей собой переменное нагрузочное сопротивление, снабженное амперметром и вольтметром, и энкодера; на фиг. 3 - чертеж корпуса измерительного модуля с размещенными на нем основными конструктивными элементами; на фиг. 4 - структурная схема блока управления.The design of the measuring stand is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows its general view in isometry; in FIG. 2 is an electrical diagram of a synchronous generator connected to an asynchronous motor, the output of which through a three-phase bridge rectifier is connected to an active load, which is a variable load resistance, equipped with an ammeter and a voltmeter, and an encoder; in FIG. 3 - drawing of the housing of the measuring module with the main structural elements placed on it; in FIG. 4 is a block diagram of a control unit.

Испытательный стенд устроен следующим образом.The test bench is arranged as follows.

Он содержит раму 1, снабженную стойками 2, в передней части которой на опоре 3 установлен асинхронный электродвигатель 4, к входу которого подключен внешний генератор частоты 5, а в задней части - трехфазный синхронный генератор 6. Вал ротора электродвигателя посредством противоударной муфты 7 с резиновым амортизатором соединен с валом трехфазного синхронного генератора 6, выход которого через трехфазный мостовой выпрямитель подключен к активной нагрузке, представляющей собой переменное нагрузочное сопротивление, снабженное амперметром и вольтметром. Дополнительно на корпусе асинхронного электродвигателя установлен датчик температуры, к валу электродвигателя подключен энкодер, а выходы амперметра, вольтметра, датчика температуры и энкодера подключены к первому, второму, третьему и четвертому измерительным входам 8, 9, 10 и 11 измерительного модуля 12, закрепленного на раме стенда.It contains a frame 1, equipped with uprights 2, in the front of which an asynchronous electric motor 4 is mounted on the support 3, an external frequency generator 5 is connected to its input, and a three-phase synchronous generator 6 is connected to the rear. The rotor shaft of the electric motor through the shockproof coupling 7 with a rubber shock absorber connected to the shaft of a three-phase synchronous generator 6, the output of which through a three-phase bridge rectifier is connected to an active load, which is a variable load resistance, equipped with an ammeter and voltmeter. Additionally, a temperature sensor is installed on the casing of the induction motor, an encoder is connected to the motor shaft, and the outputs of the ammeter, voltmeter, temperature sensor and encoder are connected to the first, second, third and fourth measuring inputs 8, 9, 10 and 11 of the measuring module 12, mounted on the frame stand.

Измерительный модуль 12 содержит корпус 13, с установленным в нем блоком управления 14, выполненным на основе микроконтроллера, включающего в себя универсальные порты ввода-вывода, аналого-цифровые преобразователи и универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик. Дополнительно измерительный модуль содержит блоки индикации, ввода данных 15 и энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти 16, подключенные к микроконтроллеру. Блок индикации включает в себя текстовый LCD-индикатор 17, линейку семисегментых индикаторов 18 и растровый TFT-дисплей 19.The measuring module 12 comprises a housing 13, with a control unit 14 installed therein, made on the basis of a microcontroller including universal input-output ports, analog-to-digital converters and a universal synchronous-asynchronous transceiver. Additionally, the measuring module contains blocks of indication, data input 15 and non-volatile electrically programmable memory 16 connected to the microcontroller. The display unit includes a text LCD indicator 17, a line of seven-segment indicators 18 and a raster TFT display 19.

Упомянутые блоки электрически соединены с блоком управления 14, расположенным внутри корпуса 13. Их структура и способ подключения к микроконтроллеру раскрыты ниже.These blocks are electrically connected to a control unit 14 located inside the housing 13. Their structure and method of connection to the microcontroller are disclosed below.

Линейка семисегментных индикаторов 18, состоит из восьми индикаторов и светодиода 20, визуально разделяющего целую и дробную части отображаемых на линейке чисел. При этом целая часть состоит из пяти, а дробная - из трех индикаторов. Высота и ширина семисегментных индикаторов составляют, соответственно, H=70 мм, L=48 мм, что обусловлено требуемой хорошей различимостью отображаемых на них чисел.The line of seven-segment indicators 18, consists of eight indicators and LED 20, visually separating the integer and fractional parts displayed on the line of numbers. At the same time, the integer part consists of five, and the fractional part consists of three indicators. The height and width of seven-segment indicators are, respectively, H = 70 mm, L = 48 mm, which is due to the required good distinguishability of the numbers displayed on them.

Текстовый LCD-индикатор 17 содержит две строки по сорок знакомест в каждой и используется для выбора режимов работы стенда, а также отображает текущие параметры эксперимента.The text LCD indicator 17 contains two lines of forty familiarity in each and is used to select the operating modes of the stand, and also displays the current parameters of the experiment.

Блок ввода данных 15 выполнен в виде шестнадцатикнопочной клавиатуры. С его помощью оператор имеет возможность изменять различные установочные параметры испытательного стенда. Три клавиши управления измерением 21, 22, 23 («Пуск», «Пауза» и «Остановка») и три светодиода индикации хода эксперимента 24, 25, 26 используются, соответственно, для пуска и остановки проведения измерения, временной приостановки эксперимента, а также индикации текущего состояния устройства.The data input unit 15 is made in the form of a sixteen-button keyboard. With it, the operator has the ability to change various settings of the test bench. Three measurement control keys 21, 22, 23 ("Start", "Pause" and "Stop") and three LEDs to indicate the progress of the experiment 24, 25, 26 are used, respectively, to start and stop the measurement, temporarily suspend the experiment, as well as indication of the current status of the device.

Блок управления 14 выполнен на основе восьмиразрядного микроконтроллера Atmel AVR ATMega128L, что обусловлено его невысокой стоимостью и широкими возможностями по управлению различными периферийными устройствами. Микросхема содержит достаточный набор программируемых аппаратных средств, необходимых для обеспечения функционирования стенда, а именно память программ и данных, таймеры-счетчики, универсальные восьмиразрядные двунаправленные порты ввода-вывода, универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик, кроме того микроконтроллер снабжен встроенным восьмиканальным десятиразрядным аналого-цифровым преобразователем, четыре линии которого использованы для подключения датчиков к измерительным входам модуля [3].The control unit 14 is made on the basis of an eight-bit Atmel AVR ATMega128L microcontroller, which is due to its low cost and wide capabilities for controlling various peripheral devices. The microcircuit contains a sufficient set of programmable hardware necessary to ensure the functioning of the stand, namely program and data memory, timers, counters, universal eight-bit bi-directional I / O ports, a universal synchronous-asynchronous transceiver, and the microcontroller is equipped with a built-in eight-channel ten-bit analog-to-digital converter , four lines of which are used to connect sensors to the measuring inputs of the module [3].

Линейка семисегментных индикаторов, блоки текстовой и графической индикации, ввода данных, клавиши и светодиоды, а также блоки энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти и преобразователя интерфейсов, выход которого подключен к GSM-модулю, электрически соединены с портами ввода-вывода микроконтроллера следующим образом.A line of seven-segment indicators, blocks of textual and graphical indication, data input, keys and LEDs, as well as blocks of non-volatile electrically reprogrammable memory and interface converter, the output of which is connected to the GSM module, are electrically connected to the input / output ports of the microcontroller as follows.

Линейка семисегментных индикаторов 18 подключена к портам С и G микроконтроллера, при этом восьмиразрядные коды символов передаются на индикаторы посредством линий РС0-РС7, а выбор конкретного индикатора линейки осуществляется с помощью восьмиразрядного дешифратора DC, к входам которого подключены линии PG0-PG1 микроконтроллера, что обеспечивает управление четырьмя младшими разрядами выхода дешифратора. Управление светодиодом осуществляется с помощью линии PG4.A line of seven-segment indicators 18 is connected to ports C and G of the microcontroller, while eight-bit character codes are transmitted to the indicators via PC0-PC7 lines, and a specific indicator of the line is selected using an eight-bit DC decoder, to the inputs of which the PG0-PG1 lines of the microcontroller are connected, which ensures control of the four least significant bits of the decoder output. The LED is controlled by the PG4 line.

Текстовый LCD-индикатор 17 подключен к четырем линиям порта А (РА0-РА3), которые используются для передачи на него кодов символов. Управление индикатором осуществляется с помощью линий А0 (выбор адреса символа) и Е (синхронизирующий строб-сигнал), подключенных, соответственно, к линиям PG2 и PG3 микроконтроллера [4].The LCD text indicator 17 is connected to the four lines of port A (PA0-PA3), which are used to transmit character codes to it. The indicator is controlled using the lines A0 (selection of the address of the symbol) and E (synchronizing strobe signal) connected, respectively, to the PG2 and PG3 lines of the microcontroller [4].

Растровый TFT-дисплей 19 подключен к микроконтроллеру по последовательному трехпроводному интерфейсу с использованием линий порта F (PF0-PF3). Выбор контроллера TFT-дисплея осуществляется с помощью линии PF1(CS), а синхронизация - с помощью линии PF2(SCL), а передача данных - с помощью линии PF3(SDA) [5].The raster TFT display 19 is connected to the microcontroller via a serial three-wire interface using port F lines (PF0-PF3). The TFT display controller is selected using the PF1 (CS) line, and synchronization is performed using the PF2 (SCL) line, and data transmission is performed using the PF3 (SDA) line [5].

Блок ввода данных 15, выполненный в виде шестнадцатикнопочной клавиатуры, подключен к порту А микроконтроллера. При этом для реализации алгоритма «бегущая единица», младшие линии порта РА0-РА3 работают как выходы (итерационный перебор столбцов), а старшие РА4-РА7 как входы (сканирование строк).The data input unit 15, made in the form of a sixteen-button keyboard, is connected to port A of the microcontroller. At the same time, to implement the “running unit” algorithm, the lower lines of the port PA0-PA3 work as outputs (iterative enumeration of the columns), and the highest lines PA4-PA7 as inputs (row scanning).

Клавиши 21, 22, 23 («Пуск», «Пауза» и «Остановка») подключены, соответственно, к входам PE4(INT4), PE5(INT5) и PE6(INT6). Линии порта Е микроконтроллера имеют дополнительную функцию: сигнал с их входов поступает на вход контроллера прерываний ATMega128L, что позволяет использовать их в качестве счетчика внешних событий, гарантируя обязательную реакцию измерительного модуля на нажатие клавиш.Keys 21, 22, 23 ("Start", "Pause" and "Stop") are connected, respectively, to the inputs PE4 (INT4), PE5 (INT5) and PE6 (INT6). The lines of port E of the microcontroller have an additional function: the signal from their inputs goes to the input of the ATMega128L interrupt controller, which allows you to use them as a counter of external events, guaranteeing the mandatory response of the measuring module to keystrokes.

Светодиоды 24, 25 и 26, использующиеся для индикации нажатий на клавиши 21, 22 и 23, подключены, соответственно, к линиям PG5, PG6 и PG7 порта G.LEDs 24, 25, and 26, used to indicate keystrokes 21, 22, and 23, are connected, respectively, to the PG5, PG6, and PG7 lines of port G.

Разъем внешних прерываний 27 аналогично клавишам 21, 22 и 23 подключен к входу внешнего прерывания PE7(INT7) порта Е и может, использоваться для автоматического пуска и останова устройства.The external interrupt connector 27, like the keys 21, 22 and 23, is connected to the external interrupt input PE7 (INT7) of port E and can be used to automatically start and stop the device.

Блок энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти 16 выполнен на основе микросхемы семейства АТ24 и подключен к блоку управления с помощью линий PD0(SCL) и PD1(SDA), являющихся, соответственно, линией последовательной передачи тактовых импульсов и линией последовательной передачи данных [6].The non-volatile electrically reprogrammable memory block 16 is made on the basis of the AT24 family microcircuit and is connected to the control unit using the PD0 (SCL) and PD1 (SDA) lines, which are, respectively, a serial clock transmission line and a serial data transmission line [6].

Блок преобразователя интерфейсов 28 выполнен на основе микросхемы МАХ232, преобразующей сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. В рассматриваемом устройстве блок преобразователя интерфейсов подключен к блоку управления с помощью линий PD2(RXD) и PD3(TXD], являющихся, соответственно, входом и выходом универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART] микроконтроллера. Выход блока преобразователя интерфейсов 28 подключен к входу GSM-модуля 29 через интерфейс RS-232 [7].The interface converter block 28 is based on the MAX232 chip, which converts the RS-232 serial port signals to signals suitable for use in digital circuits based on TTL or CMOS technologies. In this device, the interface converter block is connected to the control unit using the PD2 (RXD) and PD3 (TXD] lines, which are, respectively, the input and output of the universal synchronous asynchronous transceiver (USART) microcontroller. The output of the interface converter block 28 is connected to the GSM- input module 29 via the RS-232 interface [7].

Амперметр, вольтметр, датчик температуры и энкодер (линии S0-S3 на структурной схеме] через инструментальные операционные усилители (на фигурах не показаны] подключены к измерительным входам 8, 9, 10 и 11, а те, в свою очередь, подключены к линиям аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера PF4(ADC4]-PF7(ADC7] порта F. Входной разъем 30 измерительных входов 8, 9, 10 и 11 установлен на корпусе 13.An ammeter, voltmeter, temperature sensor, and encoder (lines S0-S3 in the structural diagram] are connected to instrument inputs 8, 9, 10, and 11 through instrumental operational amplifiers (not shown in the figures), and those, in turn, are connected to analog lines -digital converter microcontroller PF4 (ADC4] -PF7 (ADC7] port F. The input connector 30 of the measuring inputs 8, 9, 10 and 11 is installed on the housing 13.

Для обеспечения возможности управления внешним регулятором частоты на корпусе измерительного модуля предусмотрен разъем 31, соединенный с линией РВ5(OС1А] порта В, работающей в режиме широтно-импульсного модулятора, генерирующего сигнал опорной частоты.In order to be able to control an external frequency regulator, a connector 31 is provided on the housing of the measuring module, connected to the line РВ5 (ОС1А] of port B, operating in the mode of a pulse-width modulator generating a reference frequency signal.

Испытательный стенд работает следующим образом.The test bench works as follows.

Первоначально к асинхронному электродвигателю подключают внешний частотный регулятор 5, в качестве которого может быть использовано устройство модели VS mini J7, являющееся компактным регулятором частоты общего назначения [8].Initially, an external frequency regulator 5 is connected to an asynchronous electric motor, which can be used as a device model VS mini J7, which is a compact general-purpose frequency regulator [8].

Затем выходы амперметра, вольтметра, температурного датчика и энкодера подключают, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому измерительным входам 8, 9, 10 и 11. Далее, в зависимости от способа управления частотным регулятором, настраивают опорную частоту с помощью штатных средств прибора, в частности, упомянутый выше регулятор VS mini J7 имеет для этого ручку регулировки «FREQ», или, в случае автоматического регулирования с помощью ШИМ-модулятора микроконтроллера, управляющий выход 31 подключают к входу опорной частоты внешнего регулятора 5; также настраивают величину сопротивления активной нагрузки генератора. После чего с помощью блока ввода данных 15 выбирают режим проведения эксперимента и приводят в действие управляющую программу микроконтроллера блока управления 14 измерительного модуля 12 с помощью клавиши «Пуск», которая активирует стенд, при этом во все время проведения эксперимента мгновенные измеренные значения выводятся на текстовый LCD-индикатор 17 и линейку семисегментых индикаторов 18.Then the outputs of the ammeter, voltmeter, temperature sensor and encoder are connected, respectively, to the first, second, third and fourth measuring inputs 8, 9, 10 and 11. Further, depending on the method of controlling the frequency regulator, the reference frequency is adjusted using standard means of the device in particular, the VS mini J7 controller mentioned above has a “FREQ” control knob for this, or, in the case of automatic regulation using the PWM modulator of the microcontroller, the control output 31 is connected to the reference frequency input of an external regulator olator 5; also adjust the value of the resistance of the active load of the generator. Then, using the data input unit 15, the experiment mode is selected and the control program of the microcontroller of the control unit 14 of the measuring module 12 is activated using the "Start" button, which activates the stand, while the instantaneous measured values are displayed on the text LCD during the experiment -indicator 17 and a line of seven-segment indicators 18.

Рассмотрим дальнейший ход проведения эксперимента при условии, что используется внешняя программная регулировка частоты регулятора с помощью выхода 31 измерительного модуля. В соответствии с выбранными параметрами проведения эксперимента несколько раз выполняют цикл «разгон-торможение» электродвигателя, при этом измерительный модуль 12 с помощью амперметра и вольтметра снимает вольт-амперную характеристику с переменного нагрузочного сопротивления и определяет полезную мощность на валу электродвигателя по известной зависимости:Consider the further course of the experiment, provided that an external programmed adjustment of the regulator frequency is used using output 31 of the measuring module. In accordance with the chosen parameters of the experiment, the acceleration-braking cycle of the electric motor is performed several times, while the measuring module 12, using an ammeter and a voltmeter, removes the current-voltage characteristic from the variable load resistance and determines the useful power on the motor shaft by the known dependence:

где Р - мощность, Вт; U - измеренное напряжение, В; U - измеренная сила тока, А.where P is the power, W; U is the measured voltage, V; U is the measured current strength, A.

Частота вращения вала двигателя измеряется с помощью энкодера, а температура электродвигателя - с помощью датчика температуры. Тормозящий момент на валу электродвигателя может быть вычислен по мощности генератора и значению частоты вращения вала электродвигателя следующим образом:The motor shaft speed is measured using an encoder, and the motor temperature is measured using a temperature sensor. The braking torque on the motor shaft can be calculated from the power of the generator and the value of the rotational speed of the motor shaft as follows:

где М - величина тормозящего момента, Н⋅м; n - частота вращения вала, об/мин.where M is the magnitude of the braking torque, Nm; n - shaft rotation frequency, rpm

Все измеренные с помощью датчиков и предварительно обработанные в соответствии с управляющей программе микроконтроллера данные сохраняются в блоке энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти 16. К ним относятся не только вычисленные по представленным выше формулам данные мощности и моменте, но значения температуры и времени переходного процесса разгона электродвигателя.All data measured using sensors and pre-processed in accordance with the microcontroller control program are stored in a non-volatile electrically reprogrammable memory unit 16. These include not only the power and torque data calculated using the above formulas, but also the temperature and time of the transient acceleration of the electric motor.

После окончания эксперимента с помощью программного обеспечения измерительного модуля 12 выполняют процедуру статистической обработки испытаний, включающую вычисление выборочных характеристик, построение гистограммы распределения частот и восстановление кривых теоретического нормального распределения для измеренных величин. При этом упомянутые графики могут быть отображены измерительным модулем 12 стенда с помощью растрового TFT-дисплея 19, а полученные статистические данные измерений переданы на персональный компьютер с помощью GSM-модуля 29 для их дальнейшей обработки [9].After the experiment, using the software of the measuring module 12, a statistical test processing procedure is carried out, including the calculation of sample characteristics, the construction of a histogram of the frequency distribution and the restoration of the theoretical normal distribution curves for the measured values. Moreover, the mentioned graphs can be displayed by the measuring module 12 of the stand using a raster TFT display 19, and the obtained statistical measurement data are transmitted to a personal computer using the GSM module 29 for further processing [9].

Таким образом, испытательный стенд может быть использован не только для исследования характеристик электродвигателей, но и, в том числе, для исследования следующих параметров системы управления асинхронным электродвигателем:Thus, the test bench can be used not only to study the characteristics of electric motors, but also to study the following parameters of an asynchronous electric motor control system:

- номинальной мощности по условию допустимого перегрева, а также перегрузки по мощности;- rated power under the condition of permissible overheating, as well as power overload;

- параметров выходного напряжения: коэффициента нелинейных искажений, частоты вращения вала электродвигателя; амплитуды первой гармоники.- parameters of the output voltage: coefficient of nonlinear distortion, frequency of rotation of the motor shaft; first harmonic amplitudes.

- пускового момента на валу электродвигателя;- starting torque on the motor shaft;

- мощности рекуперации в режиме торможения.- power recovery in braking mode.

Испытательный стенд может быть полезен как при проведении научных исследований, так и в обучении, например при изучении основ электротехники и современных микроконтроллерных систем управления сложными техническими устройствами.The test bench can be useful both in scientific research and in training, for example, in studying the basics of electrical engineering and modern microcontroller control systems for complex technical devices.

Список использованных источниковList of sources used

1. RU 2334993 C1 Российская Федерация, МПК G01R 31/34. Устройство для испытания асинхронных двигателей под нагрузкой / Леоненко С.С. (RU), Леоненко А.С. (RU), Прокопьев А.Ю. (RU); заявитель и патентообладатель ГОУ ИрГТУ (RU) №2007119699/28; заявл. 28.05.2007; опубл. 27.09.2008. Бюл. №27. 9 с.; 6 ил.1. RU 2334993 C1 Russian Federation, IPC G01R 31/34. A device for testing induction motors under load / S. Leonenko (RU), Leonenko A.S. (RU), Prokopyev A.Yu. (RU); applicant and patent holder GOU ISTU (RU) No. 2007119699/28; declared 05/28/2007; publ. 09/27/2008. Bull. Number 27. 9 s .; 6 ill.

2. RU 2484490 C1 Российская Федерация, МПК G01R 31/34. Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей / Хоменко А.П. (RU), Худоногов A.M. (RU], Каргапольцев С.К. (RU), Коноваленко Д.В. (RU); заявитель и патентообладатель ИрГУПС (RU); заявл. 03.10.2011; опубл. 10.06.2013. Бюл. №16. 6 с.; ил.2. RU 2484490 C1 Russian Federation, IPC G01R 31/34. Diagnostic device for asynchronous electric motors / Khomenko A.P. (RU), Khudonogov A.M. (RU], Kargapoltsev S.K. (RU), D. Konovalenko (RU); applicant and patentee of IrGUPS (RU); filed 03/10/2011; publ. 06/10/2013. Bull. No. 16. 6 p. ; ill.

3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры семейства Tiny и Mega семейства Atmel, 5-е изд., стер. - М.: Издательский дом «Додека-ХХ1», 2008. - 148 с.: ил.3. Evstifeev A.V. Microcontrollers of the Tiny and Mega family of the Atmel family, 5th ed., Erased. - M.: Dodeka-XX1 Publishing House, 2008. - 148 p.: Ill.

4. HD44780 Datasheet // Electronic Components Datasheet Search URL: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Hd44780 (дата обращения: 17.11.2017).4. HD44780 Datasheet // Electronic Components Datasheet Search URL: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Hd44780 (accessed: 11/17/2017).

5. 1.8" Color TFT LCD display with MicroSD Card Breakout // Adafruit URL: https: / /www.adafruit com / products/358 (дата обращения: 17.11.2017).5.1.8 "Color TFT LCD display with MicroSD Card Breakout // Adafruit URL: https: / /www.adafruit com / products / 358 (accessed: 11/17/2017).

6. Two Wire Serial EEPROMs // Atmel Corporation URL: www.atmel.com/ Images/doc0670.pdf (дата обращения: 17.11.2017).6. Two Wire Serial EEPROMs // Atmel Corporation URL: www.atmel.com/ Images / doc0670.pdf (accessed: 11/17/2017).

7. MAX232x Dual EIA Drivers Receivers // Texas Instruments URL: www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf (дата обращения: 17.11.2017).7. MAX232x Dual EIA Drivers Receivers // Texas Instruments URL: www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf (accessed: 11/17/2017).

8. Преобразователь частоты OMRON VS mini j7 // Частотный преобразователь. URL: http: //chistotnik.ru/preobrazovatel-chastoty-omron-vs-mini-j7.html (дата обращения: 12.03.2018).8. Frequency converter OMRON VS mini j7 // Frequency converter. URL: http: //chistotnik.ru/preobrazovatel-chastoty-omron-vs-mini-j7.html (accessed: 12.03.2018).

9. Степнов M.H. Статистическая обработка результатов механических испытаний. - М.: Машиностроение, 1972. - 230 с. 9. Stepnov M.H. Statistical processing of the results of mechanical tests. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 230 p.

Claims

1. A test bench comprising a frame equipped with racks, in front of which an asynchronous electric motor is mounted on a support, an external frequency generator is connected to its input, and a three-phase synchronous generator is connected to the rear, characterized in that the rotor shaft of the electric motor is equipped with a shockproof coupling with rubber a shock absorber connected to the shaft of a three-phase synchronous generator, the output of which through a three-phase bridge rectifier is connected to an active load, which is an alternating load tance, equipped with ammeter and voltmeter; additionally, a temperature sensor is installed on the casing of the induction motor, an encoder is connected to the motor shaft, and the outputs of the ammeter, voltmeter, temperature sensor and encoder are connected to the first, second, third and fourth measuring inputs of the measuring module mounted on the stand frame; the measuring module includes a housing with a microprocessor control unit installed in it, made on the basis of a microcontroller containing universal input-output ports, analog-to-digital converters and a universal synchronous-asynchronous transceiver; in addition, the measuring module contains text blocks and a graphic display unit, a data input unit and a non-volatile electrically reprogrammable memory connected to the microcontroller.

2. The test bench according to claim 1, characterized in that the text indication blocks are made on the basis of a text LCD indicator and a line of seven-segment indicators.

3. The test bench according to claim 1, characterized in that the graphical display unit is based on a raster TFT display.