Модернизация лабораторных стендов и наладка новых лабораторных комплексов лаборатории измерительной техники

ФГОУ СПО «Салаватский индустриальный колледж»

Модернизация лабораторных стендов и наладка новых лабораторных комплексов лаборатории измерительной техники

Пояснительная записка

ДП 140 613.09зо.14 ПЗ

Дипломники Алтынбаев И.И.

Пантелеев Е.В., Первов Р. Г., Сидоров А.П.

Руководитель проекта Колеганов М. Е

Ст. консультант Кобякова Ф.А.

Содержание Введение

1.1 Общая (технологическая) часть

1.1.1 Методы, средства и погрешности измерений

1.2 Расчётно-конструкторская часть

1.2.1 Разработка конструкции лабораторного стенда

1.2.2 Выбор и комплектация электрооборудования и материалов лабораторного стенда

1.2.3 Монтаж лабораторного стенда

1.2.4 Монтаж концевых заделок

1.2.5 Назначение, устройство и прицеп работы мегаомметра

1.2.6 Ремонта мегаомметров

1.2.7 Разработка методического пособия для выполнения лабораторной работы «Измерение сопротивления изоляции»

1.2.8 Назначение, устройство и прицеп работы поверочной установки УППУМЭ-3.1К

1.2.9 Назначение, устройство энергомонитора прибора ЭМ-3.1К

1.2.10 Наладка поверочной установки УППУ-МЭ-3.1К

1.2.11 Наладка прибора ЭМ-3.1К

1.2.12 Разработка методического пособия для выполнения лабораторной работы «Поверка вольтметра»

1.3 Мероприятия по охране труда (окружающей среды)

1.3.1 Техника безопасности при проведение лабораторных работ

1.3.2 Меры безопасности при работе с переносимыми электроизмерительными приборами.

1.4 Организационная часть

1.4.1 Организационные и методические указания к проведению лабораторных работ

1.4.2 Организация наладочных работ

1.5 Экономическая часть

1.5.1 Составление сметы спецификации на электрооборудование лабораторного стенда Заключение

Введение

Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. В физике, механике и других науках именно измерения позволили точно устанавливать зависимости, выражающие обьективные законы природы, по этому эти науки именуются точными.

Измерения являются одним из основных способов познания природы, ее явлений и законов. Каждому новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений. Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышения качества продукции и эффективности производства. Проблема повышения качества продукции и эффективности производства решается путем автоматизации технологических процессов, и здесь успех дела во многом определяется достоверностью и своевременностью получения измерительной информации о ходе технологического процесса. Качество многих технологических процессов зависит от состояния электроустановок, обслуживающих эти процессы. Каждая электроустановка должна удовлетворять определенным техническим требованиям. Проверка выполнения указанных требований производится посредством электроизмерительных приборов. Эта проверка осуществляется на всех стадиях создания монтажа и поспедующей эксплуатации электроустановки. Первоначально под электрическими измерениями понимались методы и средства измерений параметров, связанных с производством, передачей и использованием электрической энергии. Позднее электрические измерения стали применяться в целях получения измерительной информации о протекании различных регулируемых или управляемых технологических процессов. В настоящее время электрические методы измерений могут применяться для практически любых физических величин или процессов. Прогресс в развитии средств электроизмерительной техники в последние годы обеспечен в результате развитии теории измерений и разработки на ее основе новых методов измерения, широкого применения в конструкциях средств измерений последних достижений микроэлектроники, автоматики, вычислительной техники, а также успешного решения ряда технологических гада. Аналоговые приборы непосредственной оценки выпускается промышленностью уже десятки лет. Последние годы в конструкции были сделаны серьезные измерения: так, от опор на кернах перешли к растяжкам, что позволила существенна повысить точность, снизить цену деления, а в ряде случаев изменить весь внешний вид прибора. Было освоено производство ряд серийных аналоговых приборов (оммерметров, вольтметров, ваттметров, частотамеров, фазометров) с высокими технико-экономическими характеристиками.

Важным шагом в развитии электроприборостроения явилась разработка и освоение серийного производства новых методов изготовления резисторов на основе печатном технологии и литого микропривода в сплошной стеклянной изоляции, отличающихся компактностью и высокой стабильностью сопротивления. В результате разработки технологии производства литого микропривида в сплошной стеклянной изоляции была решена проблема производства высокоомных резисторов и приборов на их основе. Новым шагом в развитии электроизмерительной технике стали разработка и освоение серийного производства цифровых измерительных приборов (ЦИП). Высокая точность, быстродействие, помехоустойчивость, малый отбор мощности от объекта измерения, удобство визуального отсчета, возможность выдачи результата измерения в виде кода во внешние устройства и ряд других ценных признаков характерны для ЦИП наряду с полной автоматизацией процесса измерения. При ЦИП сочетаются последние достижения теории электрических измерений с современной микроэлектронной элементной базой, автоматикой и вычислительной техникой.

1.2 Расчетно-конструктивная часть

1.2.1 Разработка конструкции лабораторного стенда Корпус лабораторного стенда изготовлен из стальных рам с толщиной стенок 2 мм и выкрашен в белый цвет.

Детали корпуса скреплены болтами (винтами) М6×16 и М4×16, для упругости конструкции в местах соединения установлены уголки мебельные выполненные из этого же материала. Столешница лабораторного стенда крепится на четырех шурупах (болтах). Лицевая часть стенда выполнена из полистирола, на ней находятся клеммы и концевые муфты. Вся конструкция выполнена на стальных ножках в форме круга.

1.2.2 Выбор и комплектация электрооборудования и материалов лабораторного стенда Лабораторный стенд по поверки испытание изоляции входет оборудование: мегомметр, кабель, концевые заделки.

Мегомметры Ф4102/1, Ф4102/2 предназначены для измерения сопротивления изоляции различных электроустройств, не находящихся под напряжением и могут использоваться во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, за исключением шахт, рудников и других производств, опасных по взрыву газа и пыли.

Конструктивное исполнение. Мегаомметр выполнен в пластмасовом корпусе. На передней панели расположены: отсчетные устройство, индикатор уменьшения напряжения химических источников питания, зажимы для подключения измеряемого объекта, органы управления.

На задней панели расположен отсек размещения сухих элементов, на боковой панели расположена розетка для подключения шнура питания к сети.

Концевые муфты состоят из: наконечника болтового, манжета концевая, трубка жильная, перчатка высоковольтная, лента-регулятор, детали непаянного заземления, манжета поясная.

Таблица 1.2.2.1 Комплект муфт 10КВТпдля кабелей сечением мм²

Таблица 1.2.2.2Комплект муфты 10КВТцс болтовым наконечником

1.2.3 Монтаж лабораторного стенда На готовый каркас лабораторного стенда в лицевой части закрепим лист полистирола. Лист крепим на металлический каркас лабораторного стенда соединительными болтами 6 мм.

Распределяем аппаратуру, отмечаем место расположения каждого из них. Устанавливаем автоматический, трехполюсный выключатель выводим клемные зажимы питания, на 380u — 220вольт. Записываем автомат 4-х жильным кабелем сечением 6 мм². Ниже устанавливаем 4-ре клемных зажима, к ним присоединяем кабель 4-х жильным сечением 16 мм²

Устанавливаем две розетки на 220вольт.

Устанавливаем канцевую муфту. Отходящие концы обоих сторон кабеля сечением 35 мм² от муфты снабжены алюминевыми наканечниками которые присоединены на соответствующие установленные клеммы, а именно А, В, С, N. (начало кабеля и конец кабеля)

1.2.4 Монтаж концевых заделок

1. Снимите с кабелей наружный покров, броню, металлическую оболочку, черную полупроводящую бумагу и поясную изоляцию по размерам.

2. Наденьте на кабель поясную манжету.

3. Разведите жилы кабелей, удалите жгуты бумаги межфазного заполнения.

4.Наденьте жильные трубки соответствующей длины на жилы.

5. Усадите жильные трубки, начиная прогрев от корешка разделки к концам жил.

6. Отрежьте от рулона ленты-регулятора кусок длиной

40мм-для кабелей сечением 16 и 25 мм²

60мм-для кабелей сечением 35 и 50 мм²

80мм-для кабелей сечением 70−240мм²

7. Отделите отрезок ленты от подложки, сверните виде цилиндра с конусовидным концом и вставьте его в корешок разделки кабеля. Раздвигая жилы, вдавите ленту-регулятор между жилами до размера 50 мм.

8. Отделите оставшуюся ленту — регулятора от подложки и намотайте ее на корешок разделки кабеля с заходом на оболочку 10 мм. Окончание намотки должно быть на уровне торца конуса, вдавленного между жилами.

9. Прогрейте оболочку кабеля, включая намотку ленты до температуры 60…70 °С «на выдержку руки». Очистите и обезжирьте поверхность оболочки от возможных натеков пропиточного состава.

10. Наденьте, не давая оболочке остыть, перчатку и, раздвигая жилы, максимально подвиньте ее до упора. Усадите перчатку, начиная прогрев от середины широкой части до ее торца, затем продолжайте усадку перчатки от середины юбки до торцов пальцев.

11. Наденьте на жилы цветные концевые манжеты, распределив их цвета в соответствии с принятым обозначением фаз.

12. Отрежьте и снимите с концов жил часть жильной трубки на длину равную глубине отверстия в болтовом наконечнике.

13. Зачистите концы жил от окиси до металлического блеска, вставьте их в отверстия наконечника до упора и зафиксируйте, подтянув болт. Закрутите болт наконечника торцевым ключом до скручивания головки. Для исключения разворота наконечника и изгиба жилы необходимо использовать кондуктор.

14. Прогрейте цилиндрическую часть наконечника до температуры 60 — 70 °C (на выдержку руки), надвиньте до контактной части наконечника концевую манжету и усадите её, начиная прогрев от контактной части. Усадите коняевые манжеты на другие жилы аналогичным образом.

15. Зачистите до «металлического блеска» на оболочке (на расстояния 5 мм от торца перчатки) площадку шириной 30 -35мм

16. Установите на площадку тёрку и разместите на ней конец провода заземления, направив другой его конец в сторону конца разделки.

17. Перегните провод в обратную сторону и прижмите его оставшимися витками пружины.

18. Подсоедините провод заземления к броне с использованием пайки.

19.Налвиньте на юбку перчатки (на 40−50мм) поясную манжету и усадите её начиная прогрев от перчатки.

1.2.5Назначение, устройства и принцип работы мегомметра.

Мегомметры Ф4102/1, Ф4102/2 предназначены для измерения сопротивления изоляции различных электроустройств, не находящихся под напряжением и могут использоваться во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, за исключением шахт, рудников и других производств, опасных по взрыву газа и пыли.

Конструктивное исполнение. Мегаомметр выполнен в пластмасовом корпусе. На передней панели расположены: отсчетные устройство, индикатор уменьшения напряжения химических источников питания, зажимы для подключения измеряемого объекта, органы управления.

На задней панели расположен отсек размещения сухих элементов, на боковой панели расположена розетка для подключения шнура питания к сети.

Принцип действия.

Мегаомметры построены по последовательной схеме измерений. Приборы комбинированные по питанию, по номинальным значениям измерительных напряжений (Ф4102/1 — 100, 500 и 1000V, Ф4102/2 — 1000 и 2500V. Шкалы мегаомметра проградуированы непосредственно в единицах сопротивления.

Преобразователь.

Преобразователь предназначен для преобразование напряжения питания в постоянное напряжение нужной величины. Снимаемое с выходных обмоток трансформатора напряжение тора приведены в выпрямляется и поступает на клемму «2». Полученное напряжение (в зависимости от положения переключателя) стабилизируется компенсационным стабилизатором последовательного типа. На плате преобразователя размещена схема индикации уменьшения напряжения химических источников тока. При уменьшении напряжения химических источников тока ниже 10V загорается индикатор КНТ ПТН, Усилитель измерительный.

Усилитель измерительный (логарифмический усилитель) предназначен для осуществления компрессии входного сигнала и состоит из операционного усилителя, в обратную связь которого включен транзистор в диодном включении. Для уменьшения температурной погрешности логарифмического усилителя, температура транзистора обратной связи поддерживается постоянной путем активного термостатирования.

1.2.6 Ремонт мегаомметров

Таблица1.2.6.1 Перечень наиболее часто встречающихся или возможных неисправностей

1.2.6.1 При ремонте прибора необходимо соблюдать меры безопасности, изложенные в разделе 8 ТО.

1.2.6.2 Для доступа внутрь прибора необходимо отвинтить четыре винта нижней панели прибора, после чего ее снять.

1.2.6.3 Отвинтить четыре винта, крепящие плату, на которой смонтированы преобразователь и умножитель, и повернуть плату.

Для снятия платы с переключателем поддиапазонов необходимо снять ручки УСТАНОВКА НУЛЯ и переключателя поддиапазонов, отвинтить винты и снять две фальшпанелн. Отвинтить четыре винта, находящиеся под фальшпанелями, и снять плату с переключателем поддиапазонов.

1.2.6.4Печатная плата покрыта лаком. После замены элементов места соединений, подвергавшиеся, пайке, необходимо, покрыть лаком, крепежные винты законтрить эмалью.

1.2.6.5 В приложении 4 приведены типовые режимы полу проводниковых приборов, что облегчает отыскание неисправностей в приборе.

1.2.6.6Отремонтированный прибор необходимо отрегулировать.

1.2.6.7Регулировка должна проводиться в условиях, перечисленных в п. 13.3, при этом напряжение питания должно быть 2,8 V.

1.2.6.8Все элементы электрической схемы прибора можно заменить в соответствии со спецификацией. При замене некоторых элементов требуется дополнительная регулировкаприбора.

1.2.6.9При замене транзисторов Т1, Т2, диодов Д1—Д5 и трансформатора необходимо проверить напряжения на конденсаторах С2, СЗ и С5. Проверка производится вольтметром В7−15. На конденсаторе С5 должно быть напряжение (120—160) V, на конденсаторах С2 и СЗ напряжение должно быть (300—360) V.

1.2.6.10При замене резисторов R7, R13, R14, R19 необходима регулировка на первом поддиапазоне. Для этого необходимо установить нуль в соответствии с пп. 9.5 и 9.6, затем подключить образцовый резистор. Щупы прибора подключить к магазину сопротивлений Р-33, на котором установить значение сопротивления 30Щ. Нажать на кнопку щупа ИЗМЕРЕНИЕ и потенциометром R19 установить указатель прибора на числовую отметку 30 шкалы Б. Эти операции. зависимые, поэтому их следует повторить до практически полного совпадения указателя прибора как с отметкой шкалы нуль, так и с отметкой 30.

1.2.6.11При замене резисторов R6, R12, R18 необходима регулировка на втором поддиапазоне. Регулировка производится аналогично п. 1.2.6.10. На магазине сопротивлений Р-33

устанавливается значение сопротивления. образцового -.резистора 1 кЩ. Регулировка производится потенциометром R18. Указатель прибора устанавливается на отметку 10 шкалы А.

1.2.6.12При замене резисторов R5, R11, R17 необходима регулировка на третьем под диапазоне. Регулировка производится аналогично п. 1.2.6.10. На магазине сопротивлений Р-33 устанавливается значение сопротивления образцового резистора 30Щ. Регулировка производится потенциометром R17. Указатель прибора устанавливается на числовую отметку 30 шкалы Б.

1.2.6.13При замене резисторов R4, R10, R16 необходима регулировка на четвертом поддиапазоне. Регулировка производится аналогично п. 1.2.6.10. Используется магазин сопротивлений Р-4002, на котором устанавливается значение сопротивления образцового резистора 1 MЩ. Регулировка производится потенциометром R16. Указатель прибора устанавливается на отметку 10 шкалы А.

1.2.6.14При замене резисторов R8, R9, R15 необходима регулировка на пятом под диапазоне. Регулировка производится аналогично п. 1.2.6.10. Используется магазин сопротивлений Р-4002, на котором устанавливается значение сопротивления образцового резистора 10 МЩ. Регулировка производится потенциометром К15. Указатель прибора устанавливается на отметку 10 шкалы А.

1.2.6.15. При замене резисторов R1, R2, RЗ и элементов питания необходимо проверить возможность установки нуля на первом и пятом поддиапазонах по методике.

1.2.6.16. После ремонта прибор поверить в соответствии с указаниями по поверке.

1.2.7 Разработка методического пособия для выполнения лабораторной работы «Измерения сопротивления изоляции»

Тема^: «Измерение сопротивления изоляции»

Цель работы Ознакомиться с методами измерения сопротивления изоляции.

Теоретическое обоснование.

Для создания электрической изоляции, которая окружает токопроводящие части электрических устройств и разделяет их друг от друга, находящиеся под напряжением используются электроизоляционные материалы.

Назначение электрической изоляциине допускать прохождения электрического тока по каким-либо нежелательным путям, помимо того тех, которые предусмотрены схемы донного устройства. Кроме того электроизоляционные материалы используются в качестве рабочих диэлектриков 8 электрических конденсаторах, кабелях и т. п.

К электроизоляционным материалам предъявляются самые разнообразные требования, помимо электроизоляционных свойств они должны обладать необходимыми механическими, тепловыми, физико-химическими свойствами. электроизоляционные материалы подразделяются нагазообразные воздух, элегаз), жидкие (трансформаторное масло, конденсаторное масло, кабельное масло) твердые (резина, электротехническая бумага и картон, пластмассы, слюда, керамика, стекло, эластометры и т. д.

При работе напряжении электроустроиств изоляция надежно выполняет свои функции, но в процессе эксплуатации в результате естественного старения и под действием окружающей среды она утрачивает свои свойства в результате может наступить ее пробой, что приводит к аварии. С целью предотвращения непредвиденного пробоя, не обходимо периодически производить измерение сопротивления изоляции электрических устройств (кабелей, электродвигателей, трансформаторов, электроапаратов и т. д).

Сопротивление изоляции является основным показателем состояния изоляции, и измерение сопротивление изоляции является неотъемлемой частью любых испытании всех видов электрооборудования и электрических цепей.

Сопротивление изоляции практически во всех случаях измеряется мегомметром — прибором, состоящим из источника напряжениягенератора постоянного тока чаще всего с ручным приводом, магнитоэлектрического логометра и добавочных резисторов.

Наиболее широкое распространение получили мегомметр типов М 1101 на напряжение 100−500−1000 В и МС-0.5, мСО6 на напряжение 2500 В.

При измерении сопротивления изоляции относительно земли зажим «Л» должен быть подключен к тока ведущей части испытываемой установки, а зажим «3» к ее заземленному корпусу.

При измерении сопротивления изоляции электрической цепи не соединенных с землей, подключение зажимов мегомметра может быть любым. Нормальная скорость вращения рукоятки мегомметра 120об/мин. За сопротивление изоляции принимается 60-секундное значение сопротивления К60 зафиксировано по шкале мегомметра через 60 с при устойчивом положении стрелки прибора.

Для присоединения мегомметра к испытуемому объекту используются гибкие провода. Перед началом измерения необходимо измерить сопротивление изоляции соединительных проводов, которое должно быть не менее верхнего предела измерения мегомметра.

Рисунок 1.2.7.1 Принципиальная схема мегомметра типа М-1101 Таблица 1. Перечень электроизмерительных приборов и оборудования.

Таблица 1.2.7.1

Порядок выполнения работы.

1.2.7.1Изучить методическое пособие, ознакомится с электрооборудованием и измерительными приборами, технические данные последних занести 5 отчет.

1.2.7.2 Подготовить мегомметр к работе и с разрешения преподавателя приступить к измерениям.

1.2.7.2.1Измерить сопротивление кабеля согласно схем рис 1,2.7.1 Результаты измерений занести в таблицу 1, сделать выводы. Лабораторную работу оформить в виде отчета в соответствии требованием ГОСТ.

Таблица 1.2.7.2

Содержание отчета.

1 Номер, тема, цель лабораторной работы.

2 Перечень электроизмерительных приборов используемых при выполнении лабораторной роботы.

3 Принципиальная схема схемы мегомметра и схемы экспериментов.

4 Таблица с результатами измерений.

5 Виды и предложения.

Отчет оформить согласно требованиям ГОСТ ЕСКД.

Контрольные допросы.

1 В чем назначение изоляции?

2 Каким требованиям должна отвечать изоляция?

3 Какие разновидности изоляционных материалов используют на практике?

4 Почему Возможен пробой изоляции и что нужно делать для 5 предотвращения пробоя ?

5 Что такое мегомметр и для чего он служит?

6 Кок производится измерение сопротивления изоляции мегомметра?

7 Какой Вывод можно сделать на основании измерения сопротивления изоляции кабеля и его обоснования ?

Какой Вывод можно сделать на основании измерения сопротивления изоляции асинхронного двигателя и его обоснования?

1 Малиновский В. Н. «электрическое измерение» М^: Энергоиздат 1983 г.

2Мегомметры М 100/1−5- техническое описание и инструкция по его применению.

1.2.8 Назначение, устройство и прицеп работы поверочной установки УППУ-МЭ 3.1К Назначение

Установка поверочная универсальная «УППУ-МЭ 3.1» (далее — установка) предназначена для калибровки и поверки эталонных и рабочих средств измерений электроэнергетических величин, в том числе:

— однофазных и трехфазных СИ активной, реактивной, полной мощности и энергии, СИ промышленной частоты, действующих значений напряжения и тока, фазовых углов и коэффициента мощности:

— однофазных и трехфазных счетчиков активной и реактивной

электрической энергии,

— однофазных и трехфазных ваттметров, варметров и измерительных преобразователей активной и реактивной мощности,

— энергетических фазометров, частотомеров и измерителей коэффициента мощности,

— вольтметров, амперметров и измерительных преобразователей напряжения и тока в промышленной области частот;

— приборов для измерения показателей качества электрической энергии.

Установка применяется для комплектация поверочных (испытательных) лабораторий.

Устройство и работа Установка выполнена в виде функционально законченного рабочего места поверителя, состоящего из стенда модульного для подключения приборов и приборной стойки, в которой установлены: блок генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1», блок прибора электроизмерительного эталонного многофункционального «Энергомонитор-З.1 10», блок коммутации «БК-3.1», три блока усилителей тока и напряжения «УТН-3.1». В приложении, А показаны межблочные соединения приборок входящих в состав Установки.

Принцип работы Установки основан на сравнении показаний эталонного прибора «Энергомонитор-3.1 10» и поверяемого прибора. В качестве источника испытательных сигналов в Установке используются приборы: Онергоформа-3.1″ и «УТН-З.1». Подключение эталонного и поверяемого приборов к источнику испытательных сигналов осуществляется через стенд модульный для подключения приборов и «Устройство сопряжения» из состава «Энергомонитор-3.1».

Задание цифровой модели сигнала осуществляется блоком генератора-синтезатора «Энергоформа-З.1» с выходов которого сигналы поступают на блоки усилителей тока и напряжения «УТН-З.1» (для сигналов каждой из трех фаз используется отдельный блок «УТН-3.1»), Блоки усилителей имеют два под диапазона напряжений и четыре под диапазона токов переключение которых осуществляется генератором «Энергоформа-3.1» по шине управления.

С помощью блока коммутации «БК-3.1» осуществляется коммутация питания генератора-синтезатора «Знергоформа-3.1» и усилителей тока и напряжения «УТН-3.1».

Сигналы с выходов усилителей тока и напряжения «УТН-З.1» полаются на эталонный прибор «Энергомонитор-3.1 10» и на стенд модульный для подключения приборов к которому подключается поверяемый прибор.

При поверке приборов имеющих частотные входы и выходы их подключение к эталонному прибору «Энергомонитор-3.1 10» осуществляется через «Устройство сопряжения» из состава Энергомонитора-3.1.

Основой генератора-синтезатора «Энергоформа-З.1» является плата центрального процессора в состав которой входит сигнальный процессор производства фирмы «Texas Instr.», ПЛИС-матрица производства фирмы «xilinx» и энергонезависимая flash-память. Такое решение позволяет гибко и оперативно менять программное обеспечение Прибора, не затрагивая его аппаратной части.

Структурная схема генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» представлены на рисунке 1.2.8.1

Рисунок 1.2.8.1 Структурная схема генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1»

Работа генератора-синтезатора основана на использовании принципа цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Плата ЦАП представляет собой 6 идентичных независимых каналов преобразования входного цифрового 16-разрядного сигнала в аналоговый сигнал. Обсчет производится на основании 2048 точек за период 20 мс. т. е. при частоте 50 Гц на один период приходится 2048 отсчетов. Плата ЦАП вырабатывает 6-ть аналоговых сигналов 3 тока и 3 напряжения, причем токовые сигналы гальванически развязаны от всех остальных цепей генератора-синтезатора и друг от друга, а сигналы напряжений развязаны от других цепей, но связаны между собой единым общим проводом.

Плата процессора обеспечивает управление работой Прибора:

выработка массивов сигналов для платы ЦАП (для каждой точки 6-ти периодических кривых), сохранение результатов в энергонезависимой памяти, счет времени, обмен с внешними устройствами (компьютерами), вывод результатов на индикатор, прием команд и данных от клавиатуры. Клавиатура мембранная установлена на переднюю панель и соединена с платой процессора. С помощью клавиатуры осуществляется управление видом отображаемых на жидкокристаллическом дисплее данных, ввод требуемых значений (форма, размах, фазовые сдвиги кривых токов и напряжений), программирование контроллера и выполнение других сервисных и технологических операций.

Микропроцессор управляющих сигналов служит для управления блоками усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» — переключения пределов в зависимости от амплитуды заданных сигналов токов и напряжений. Управляющие сигналы проходят через платы оптронных развязок, служащие для полной гальванической развязки усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» между собой.

Источник питания служит для выработки необходимых напряжений для плат входящих в состав генератора-синтезатора, также на плате источника питания расположена схема синхронизации с сетью питания (сигнал синхронизации поступает на плату центрального процессора и представляет собой меандр с частотой 50×2048 Гц).

Блок усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» состоит из двух независимых усилителей: усилителя тока и усилителя напряжения.

Сигналы каналов тока и напряжения с выходов генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» поступают на входы каналов услителей тока и напряжения соответственно.

Управление блоками усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» осуществляется командами от блока генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» по шине управления. По командам управления происходит переключение под диапазонов работы усилителей.

С помощью блока коммутаций «БК-3.1» осуществляется включение питания генератора — синтезатор «Энергоформа-3.1» и усилителей тока и напряжения «УТН-3.1». Структурная схема блока коммутаций представлена на рисунке

Входное напряжение переменного тока коммутируется на `ВЫХОД ~ 220V' для питания генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» через электромагнитный пускатель с помощью кнопки `ВКЛ'. Напряжение для питания усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» коммутируется через электромагнитные пускатели с помощью кнопок `фаза А', `фаза В' и `фаза C'.

~220V 50Hz ВЫХОД-220 V

УСИЛИТЕЛЬ А

УСИЛИТЕЛЬ В

УСИЛИТЕЛЬ С Рисунок 1.2.8.2 Структурная схема блока коммутации «БК — 3.1»

При нажатии кнопки 'ВКЛ' на лицевой панели блока коммутации «БК-3.1» происходит подача питания на блок генератора-синтезатора «Энергоформа-3.3» и на электромагнитные пускатели коммутирующие питание блоков усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» расположенные в стойке. При нажатии кнопки 'СТОП' происходит снятие питания с блока генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» и с блоков усилителей тока и напряжения «УТН-З.1» Наличие напряжения питания на усилителях тока и напряжения «УТН-3.1» индицируется индикаторами расположенными на лицевой панели блока коммутации «БК-3.1».

1.2.9 Назначение, устройство и энергомонитора пробора ЭМ- 3.1К Назначение Прибор ЭМ-3.1К предназначен для калибровки и поверки следующих эталонных и рабочих средств измерений электроэнергетических величин;

— однофазных и трехфазных счетчиков активной и реактивной электрической энергии;

— однофазных и трехфазных ваттметров, варметров и измерительных преобразователей активной и реактивной мощности;

— энергетических фазометров и частотомеров;

— вольтметров, амперметров и измерительных преобразователей напряжения и тока в промышленной области частот;

— средств измерения и регистрации показателей качества электроэнергии (ПО);

— средств измерения и регистрации параметров электрической энергии в однофазных и трехфазных электрических сетях.

Прибор ЭМ-3.1К может быть использован автономно, в сочетании с компьютером, расширяющим его функциональные возможности, а так же в составе специализированных и универсальных поверочных установок.

Прибор ЭМ-3.1К может быть применен в метрологических лабораториях крупных промышленных предприятий, энергосистем и ЦСМ.

Прибор ЭМ-3.1К имеет сертификат об утверждении типа средства измерений

RU._.__.___._ №____, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №___ -__, сертификат соответствия РОСС RU. МЕ48.В2 192.

Устройство и работа Структурная схема Прибора ЭМ-3.1 К представлена на рисунке 1.2.9.1

БМП — блок масштабных преобразователей напряжения (МП_U) и тока (МП_I).

БЛЦП — блок АЦП напряжения (АЦП_U) а тока (АЦП_I):

БОИ — блок обработки информации:

МФМ_U, МФМ_I, — модули формирования массивов мгновенных значений:

МU_д МI_д — модули вычисления действующих значений:

МР, Q, S — модуль вычисления активной, реактивной и полной мощностей;

МБПФ_U, МБПФ_I — модули быстрого преобразования Фурье;

Д — блок отображения информации (графический дисплей и клавиатура);

ЗУ — запоминающее устройство;

БС-ЭВМ — блок связи с ПЭВМ Рисунок 1.2.9.1 структурная схема Прибора ЭМ-3.1К.

Работа Прибора ЭМ-3.1 К основана на использовании принципа аналого-цифрового преобразования (АЦП) с использованием «метода выборок». В БМП трехфазные напряжения и токи подвергаются масштабному преобразованию до уровня 1 В, соответствующего значению диапазона измерения U и I. Мгновенные значения сигналов преобразуются в цифровые коды шестью АЦП и передаются в БОИ, где формируются массивы мгновенных значений сигналов напряжения U_Uj и тока U_іj (j-номер выборки). Результаты вычисленных значений измеряемых величин, полученные с помощью программных модулей, отображаются на дисплее Д. сохраняются в памяти и выводятся при необходимости на внешнюю ЭВМ. В основу алгоритмов вычислений каждой из измеряемых величин положен метод обработки массива мгновенных значений, не требующий синхронизации частот измеряемых сигналов и квантования (метод некогерентной выборки). Такая организация измерений дает возможность видеть на дисплее одновременно значения измеряемых величин по всем трем фазам.

Прибор ЭМ-3.1К одновременно может производить измерения всех параметров цепи переменного тока: ток, напряжение, частота, углы, коэффициенты гармоник, активная, реактивная и полная мощность. Обеспечивает все виды схем соединений, которые применяются при измерении в трехфазных и однофазных сетях электрической энергии.

БМП включает в себя три измерительных трансформатора тока калиброванных индивидуально с соответствующим измерительным каналом, и три измерительных трансформатора напряжения. Реле БМП управляются командами от платы процессора. Он выдает девять команд для переключения диапазона входного тока, и три команды для переключения диапазонов напряжения. Контроллер выводит текущее значение предела измерения на вспомогательный буквенно-цифровой дисплей пределов измерений. Реле служат для переключения пределов входных токов и напряжений для входных преобразователей.

Плата АЦП представляет собой 6 идентичных независимых каналов преобразования входного аналогового сигнала ± 1.5 В в 16-разрядное представление (1 знаковый -15 значащих бит) мгновенного значения на входе. Канал построен на элементной базе фирмы «Analog Device» и содержит три микросхемы: входной усилитель, источник опорного напряжения и собственно АЦП. В качестве входного усилителя используется микросхема АD707, имеющая малое смещение выходного напряжения, малый температурный дрейф и ультрамалые входные токи, что необходимо для согласования с масштабными преобразователями. Входное сопротивление каната более 50 МОм. Сигнал с выхода усилителя поступает на вход собственно АЦП. в качестве которого используется микросхема АD977, обеспечивающая полное 16-разрядное преобразование «без потерь кода» и выдающая информацию в последовательном коде контроллеру по его запросу. Внутреннее время преобразования (т.н. «апертурное время») составляет 40 нс. Плата измерительная обеспечивает отцифровку уровней напряжений, поданных на измерительные входы и вывод результатов в плату процессоров.

Плата процессора обеспечивает управление работой Прибора ЭМ-3.1К. проведение расчетов, но массивам оцифрованных выборок от измерительной платы, сохранение результатов в энергонезависимой памяти, счет времени, обмен с внешними устройствами (компьютерами), вывод результатов на индикатор, прием команд и данных то клавиатуры. Плата контроллера является центральной платой, отвечающей за работоспособность Прибора ЭМ-З.Ж в целом, Основу контроллера составляют сигнальный процессор производства фирмы «Texas Instr.» и ПЛИС-матрица производства фирмы «Xilinx». Такое решение позволяет гибко и оперативно менять программное обеспечение Прибора ЭМ-3.1К. не затрагивая его аппаратной части.

Резульаты полученных от АЦП данных обрабатываются в соответствии с заложенной программой и отображаются на графическом дисплее. Обсчет производится на основании 4096 измерений АЦП за 0,32 с, т. е. при частоте 50 Гц на один период приходится 256 измерений. Текущие значения рассчитываются каждые 0.16 с. При этом берется 2048 измерений от предыдущего отсчета и 2048 новых.

— Запоминающее устройство служит для хранения данных, полученных в результате измерения.

— Блок питания служит для выработки необходимых напряжений для платы процессора и измерительной платы.

— Дисплей графический жидкокристаллический устанавливается на переднюю панель.

— Клавиатура мембранная устанавливается на переднюю панель. Соединяется с платой процессора. С помощью клавиатуры можно управлять видом отображаемых данных, вводить требуемые значения, программировать контроллер и выполнять другие сервисные и технологические операции.

1.2.10 Наладка поверочной установки УППУ-МЭ 3.1к Подготовка к работе поверочной установки состоит из следующих этапов:

обеспечить питание установки;

обеспечить заземление;

произвести все межблочные соединения установки;

произвести подключение к установке модульных стендов и «Устройства сопряжения» для подключения приборов;

произвести подключение поверяемого оборудование к клеммам, расположенным на стенде модульном для подключения приборов, и, при необходимости, к «Устройству сопряжения» из состава «Энергомонитора-3.1К»;

при наличии в комплекте с установкой персонального компьютера установить на него необходимое программное обеспечение и выполнить подключение к нему необходимых блоков установки;

произвести включение установки.

Питание установки.

Питание Установки «УППУ-МЭ 3.1К» осуществляется от однофазной сети переменного тока, напряжением (220 ± 10%) В. частотой (50 ± 5%) Гц при коэффициенте несинусоидальности не более 5%. Потребляемая мощность от сети питания, не более 1500 ВА. Схема подключения к питающей сети показана на рисунке 1.2.10.1.

Заземление установки.

Блоки, входящие в состав Установки «УППУ-МЭ 3.1К», должны быть подключены к шине защитного заземления до подключения установки к сети питания. Перед поверкой средства измерений, которые подлежат заземлению, должны быть надежно заземлены. Подсоединение зажимов защитного заземления к контуру заземления должно производиться ранее других соединений, а отсоединение — после всех отсоединений.

Выполнение межблочных соединений.

Все межблочные соединения выполняются проводами только из комплекта поставки и в соответствии со схемой подключения приборов.

Рисунок 1.2.10.4 Схема подключения выходных сигналов усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» к прибору электроизмерительному эталонному многофункциональному «Энергомонитор-3.1К» и к стенду модульному для подключения приборов.

Стенд модульный для подключения приборов состоит из двух модулей. Модуль «Устройство подключения U» стенда для подключения приборов имеет четыре клеммы для подключения к цепям фазных напряжений (Ua, Ub, Uc) и «нейтрали». Модуль «Устройство подключения I» стенда для подключения приборов имеет шесть клемм для подключения к цепям фазных токов (Ia, Ib, Ic). Цепи тока гальванически развязаны между собой. Цепи напряжения выполнены симметрично и имеют общую точку (нейтраль). Токоподводящие кабели должны использоваться только из комплекта поставки. Соединения должны быть и надежно закреплены во избежание перегрева мест контакта и возрастания переходного сопротивления.

Подключение устройства сопряжения и дополнительных к нему устройств (фотосчитывающие устройства, пульт формирования импульсов) рассмотрено в пункте по наладке прибора МЭ-3.1К.

Подключение поверяемого оборудования к клеммам, расположенным на стенде модульном для подключения приборов, выполняется согласно схеме, представленной в графической части (схема подключения прибора МЭ-3.1К).

Не допускается включать усилители тока и напряжения без нагрузки в токовых цепях, с разомкнутыми токовыми выходами на стенде модульном. При включении Установки «УППУ-МЭ 3.1 К» к клеммам I_A*, I_A°, I_B*, I_B°, I_C*, I_C° стенда модульного должен быть подключен поверяемый прибор. В случае если токовые цепи не используются, клеммы I_A*, I_A°, I_B*, I_B°, I_C*, I_C° стенда модульного для подключения приборов должны быть попарно замкнуты.

Установка «УППУ-МЭ 3.1К» может работать в двух режимах:

при управлении ПК по интерфейсам RS-232 с помощью программного обеспечения «Энергоформа»;

в автономном режиме при управлении от плёночных клавиатур и графических жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), расположенных на лицевых панелях приборов «Энергомонитор-3.1К» и «Энергоформа-3.1».

При управлении Установкой «УППУ-МЭ 3.1К» от ПК необходимо установить на ПК программу «Энергоформа». Программа «Энергоформа» работает под операционными системами MS Windows 98, 2000, XP

Порядок установки программного обеспечения описан в соответствующем руководстве «Программа ЭНЕРГОФОРМА. Руководство пользователя.»

Программа «Энергоформа» предназначена для работы в составе поверочной установки УППУ 3−1 и УППУ 3−3 с Приборами для измерения электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии «Энергомонитор 3.1», «Энергомонитор 3.3», «Энергомонитор 3.1К», «Энергомонитор 3.3Т» и генератором электрических сигналов «Энергоформа 3−1» и «Энергоформа 3−3».

Программа «Энергоформа» позволяет:

1. считывать результаты измерений из приборов по последовательному порту;

2. отображать считанные измерения приборов на ПК;

3. проводить поверку измерительных приборов (цифрового и стрелочного типов) в ручном режиме;

4. формировать протоколы поверки измерительных приборов;

5. выполнять установку нужных пределов приборов по команде пользователя;

6. задавать требуемые сигналы на генераторе;

7. сохранять в файл на жестком диске ПК испытательные сигналы.

Для одновременной работы с прибором для измерения электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии «Энергомонитор 3.1К» и генератором электрических сигналов «Энергоформа 3−1"на компьютере требуется наличие не менее двух свободных COM-портов (RS-232). Для управления Установкой «УППУ-МЭ 3.1К», разъемы RS-232 приборов «Энергомонитор-3.1К» и «Энергоформа-3.1», расположенные на задних панелях, необходимо подключить к последовательным портам компьютера. Дальнейшая настройка COM-портов, необходимая для корректной работы программы, выполняется в самой программе.

Включении Установки «УППУ-МЭ 3.1 К» производится только после проверки правильности выполнения всех межблочных соединений, наличии заземления. При работе с Установкой «УППУ-МЭ 3.1К» необходимо соблюдать требования безопасности, установленные «Межведомственными Правилами охраны труда (ТБ) при эксплуатации электроустановок», М, «Энергоатомиздат», 2001 г. Установка обеспечивает защиту от поражения электрическим током по ГОСТ Р52 319−2005, категория измерений II, степень загрязнения 1. Степень защиты оболочек по ГОСТ 14 254 IP20.

Если Установка «УППУ-МЭ 3.1К» внесена в помещение после пребывания при температуре окружающей среды ниже минус 20° С, она должна быть выдержан в нормальных условиях в выключенном состоянии не менее 4 часов.

При попадании воды или иных жидкостей внутрь корпуса использование Установки «УППУ-МЭ 3.1К» не допускается.

Для включения установки необходимо подать питание на прибор электроизмерительный эталонный многофункциональный «Энергомонитор-3.1К» и на генератор-синтезатор электрических сигналов «Энергоформа-3.1. Перевести тумблеры питания всех блоков (входные), расположенные на задней панели, в положение «включено».

После этого происходит включение прибора электроизмерительного эталонного многофункционального «Энергомонитор-3.1К». Дальнейшие действия по подготовке его к работе описаны в пункте пояснительной записки «Наладка прибора МЭ-3.1К».

Далее, кнопкой `ПУСК' расположенной на лицевой панели блока коммутации «БК-3.1» подать питание на блок коммутации «БК-3.1» и на генератор-синтезатор «Энергоформа-3.1». Кнопками `фаза А', `фаза В', `фаза С', расположенными на лицевой панели блока коммутации «БК-3.1», подать питание на усилители тока и напряжения. После этого, если необходимо, включить питание поверяемого оборудования.

При включении питания Установки «УППУ-МЭ 3.1К» производится самотестирование и начальная инициализация генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» и прибора электроизмерительного эталонного многофункционального «Энергомонитор-3.1К».

Прибор «Энергоформа-3.1» автоматически переходит в режим управления от компьютера при его подключении к ПК и запуске программы «Энергоформа».

На ЖКИ генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» после завершения инициализации индицируются главное меню, состоящее из четырех пунктов: `Стандартный сигнал', `Специальные сигналы', `Установки'и `Библиотека сигналов', как показано на рисунке 1.2.10.5.

Рисунок 1.2.10.5 Главное меню генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» после завершения инициализации.

Интерфейс оператора генератора-синтезатора «Энергоформа-3.1» представляет собой иерархическую структуру вложенных меню. Назначение органов управления и структура меню приведены в соответствующем руководстве «Установка поверочная универсальная „УППУ-МЭ 3.1К“. Руководство по эксплуатации».

При управлении Установкой «УППУ-МЭ 3.1К» от ПК необходимо в программе «Энергоформа» произвести настройку СОМ портов. По умолчанию параметры портов принимаются: COM1 — генератор, COM2 — эталон, COM3 — поверяемый прибор, скорости обмена принимаются 115 200 бит/сек для каждого порта.

Программа начинает опрос выбранных портов для поиска подключенных к ПК приборов. Для каждого порта (прибора) в главном окне выводятся сообщения о результатах обмена: «НОРМА» — если обмен прошел успешно и без ошибок, «НЕ НОРМА» — если обмена не было или при обмене возникла ошибка (рисунок 1.2.10.6). Опрос каждого порта выполняется до тех пор, пока программа не обнаружит подключенный к нему прибор или пока пользователь не приостановит опрос в меню «Настройки».

Рисунок 1.2.10.6 Главное окно программы «Энергоформа» при успешном подключении ПК к генератору — синтезатору «Энергоформа 3.1».

Если при подключении возникла ошибка. то необходимо вручную установить соответствие портов подключаемому оборудованию. Для этого в пункте меню «Настройки» главного окна программы «Энергоформа» необходимо выбрать команду «СОМ-порты». В появившемся диалоговом окне (рисунок 1.2.10.7) установить соответствие подключенного оборудования номерам СОМ-портов.

Рисунок 1.2.10.7 Окно программы «Энергоформа» для настройки соответствия СОМ-портов программы подключаемому оборудованию.

В списках необходимо выбрать непосредственно порт для обмена с соответствующим прибором и скорость обмена.

Программа поддерживает выбор портов с COM1 по COM12 и четыре скорости:

— 115 200 бит/сек;

— 38 400 бит/сек;

— 19 200 бит/сек;

— 9600 бит/сек.

Новые параметры активируются по нажатию кнопки «OK» диалогового окна. Нажатие кнопки «Отмена» сохраняет предыдущие настройки портов.

Для установки скорости обмена по СОМ-порту на генераторе-синтезаторе «Энергоформа 3.1» необходимо в интерфейсе оператора выбрать меню «Установки». Данное меню содержит один пункт `Скорость по RS-232'. Активация данного пункта предоставляется возможность выбора значения скорости обмена с ПК по последовательному интерфейсу RS-232 (рисунок 1.2.10.8).

Рисунок 1.2.10.8 Интерфейс оператора для настройки скорости подключения по СОМ-порту для генератора-синтезатора «Энергоформа 3.1».

Возможна установка следующих значений скорости: 115 200, 38 400, 19 200,9600 бит/с. Выбор нужного значения осуществляется с помощью клавиш управления перемещением курсора и «ENT». Выбранное значение скорости отображается в верхней строке.

При выборе последовательных портов следует выбрать разные порты для приборов даже, если какой-либо прибор не подключен. В противном случае возможен некорректный обмен с подключенными приборами.

После выполнения всех подключений и настроек, указанных в данном пункте, а также настроек, указанных в пункте «Наладка прибора МЭ-3.1К» пояснительной записки, можно приступать к выполнению работ по поверке средств измерений, предварительно ознакомившись с методиками поверок из приложения к руководству пользователя программы «Энергоформа.»

1.2.11 Наладка прибора МЭ-3.1К Подготовка к работе прибора МЭ-3.1К в составе поверочной установки состоит из следующих этапов:

обеспечить питание прибора;

обеспечить заземление;

произвести подключение прибора в состав поверочной установки;

произвести подключение к прибору «Устройства сопряжения» и дополнительных внешних устройств (фотосчитывающих и др.);

при наличии в комплекте с установкой персонального компьютера установить на него необходимое программное обеспечение и выполнить подключение к нему прибора;

произвести включение прибора.

Питание прибора.

Электропитание прибора ЭМ-3.1К осуществляется от сети переменного тока (230±10%)В. (50 ± 5%) Гц. при коэффициенте несинусоидальности не более 5%. Полная потребляемая Прибором ЭМ 3.1 от питающей сети 220 В. 50 Гц мощность не превышает 70 ВА.

Схема подключения прибора к питающей сети в составе поверочной установки показана на рисунке 1.2.10.1.

Заземление прибора.

Для надежной работы прибора и предупреждения повреждения прибор должен быть подключен к шине защитного заземления до подключения прибора к сети питания. Схема подключения прибора к шине защитного заземления в составе поверочной установки приведена на рисунке 1.2.10.2.

Подключение прибора.

Прибор ЭМ-3.1К имеет три соединителя (Ua, Ub, Uc) для подключения фазных напряжений и три соединителя (Ia, Ib, Ic) для подключения фазных токов. Цепи тока и напряжения гальванически развязаны между собой. Все точки подключения измерительных входов расположены на задней панели прибора ЭМ-3.1К. Необходимо следить за тем. чтобы соединения были правильно и надежно закреплены во избежание перегрева мест контакта и возрастания переходного сопротивления.

Схема подключения цепей прибора ЭМ-3.1К к источнику сигналов и поверяемому прибору приведена в графической части пояснительной записки.

Схема подключения выходных сигналов усилителей тока и напряжения «УТН-3.1» к прибору электроизмерительному эталонному многофункциональному «Энергомонитор-3.1К» и к стенду модульному для подключения приборов приведена на рисунке 1.2.10.4.

Подключение дополнительных внешних устройств.

В состав прибора ЭМ-3.1К может входить Устройство сопряжения ЭМ-3.1К, предназначенное для сопряжения прибора с внешними устройствами и обеспечивающее гальваническую развязку частотного входа «Fвход» и частотного выхода «Fвыход» прибора с внешними устройствами и защищающее прибор от перегрузок при неисправных подключаемых устройствах (поверяемых приборах).

Схема подключения Устройства сопряжения ЭМ-3.1К к Прибору ЭМ-3.1К приведена на рисунке 1.2.11.1

Рисунок 1.2.11.1 Подключение Устройства сопряжения ЭМ-3.1К к прибору ЭМ-3.1К

1 — Прибор «Энергомонитор-3.1К»; 2 — Устройство сопряжения ЭМ-3.1К; 3 — Кабель «Fвx»: 4 — Кабель «Fвых»; 5 — Адаптер сетевой 220V/9V.