Исследование автоматических систем управления электроприводами


Скачать 133.39 Kb.
НазваниеИсследование автоматических систем управления электроприводами
Дата публикации19.07.2013
Размер133.39 Kb.
ТипИсследование
vb2.userdocs.ru > Астрономия > Исследование
Лабораторная работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Цель работы: изучение принципа построения и исследования автоматической системы управления частотой вращения асинхронного электродвигателя.
7.1. Регулирование частоты вращения АЭД
В настоящее время в промышленности используют электропривод как постоянного, так и переменного токов. Но благодаря быстрому развитию силовой полупроводниковой техники наиболее распространенными стали регулируемые электроприводы с асинхронными электродвигателями (АЭД). АЭД имеют простую конструкцию, они технологичны, дешевые, изготавливаются в больших количествах.

Наиболее распространенными являются два методы регулирования частоты вращения АЭД: частотный и векторный.

Суть частотного метода заключается в регулирования частоты вращения магнитного поля статора АЭД за счет изменения частоты напряжения питания его обмоток. Это вытекает из зависимости

,

где fc - частота напряжения питания обмоток статора; р – число пар полюсов АЭД.

Тогда частота вращения ротора определяется как

,

где s - скольжение.

Полное использование АЭД возможно, когда он работает с номинальным магнитным потоком. В свою очередь, номинальный поток обладает геометрическими размерами и физическими свойствами магнитной цепи. Магнитный поток Ф двигателя создает ток намагничивания I0 который пропорционален ЭДС Еs

,

где ^ Wс - количество витков обмотки статора; Коб – обмоточный коэффициент.

Приняв , получим , тогда , это значит, что для полного использования АЭД вместе с изменением частоты питания fc необходимо пропорционально ей изменять Еs. Если не учитывать сопротивление статора, то получим следующее выражение для потока , которое представляет собой пропорциональный закон частотного управления. Механические характеристики АЭД при этом управлении приведены на рис. 7.1. При регулировании частоты вращения вверх от номинальной механическая мощность, которую развивает АЭД при увеличении частоты, остается постоянной (рис. 7.1, б), а при регулировании вниз - постоянным остается момент (рис.7.1, а).



Рис.7.1

Для получения переменного напряжения, регулируемого по амплитуде и по частоте, используют статические преобразователи, которые содержат управляемый выпрямитель (УВ) и инвертор (И). В выпрямителе напряжение переменного тока сети питания Uс постоянной частоты fc преобразуется в напряжение постоянного тока Ud, величина которого может меняться (рис. 7.2, а). В инвертере напряжение постоянного тока преобразуется в напряжение переменного тока необходимой частоты.

Таким образом, напряжение регулируется в выпрямителе, а частота в инверторе.

Инвертор представляет собой набор полупроводниковых ключей-переключателей, которые коммутируют обмотки двигателя. На рис. 7.2, б показана схема однофазного инвертора, нагрузкой которого является одна из трех обмоток АЭД. Направление тока в обмотке меняется посредством ключей, которые работают попарно. При работе ключей VT1 и VT4 по обмотке течет ток, направление какого показано сплошной стрелкой. При работе ключей VT2 и VT3 ток меняет направление на противоположное (пунктирная стрелка).


Рис. 7.2. Принцип частотного управления
Схема трехфазного автономного инвертора состоит из трех рассмотренных схем. Работа ключей строго согласована по времени, чтобы напряжения на отдельных обмотках были смещены по фазе на 120 градусов.

При частотном управлении АЭД магнитный поток двигателя в переходном процессе не остается постоянным, поэтому возможны колебания электромагнитного момента и частоты вращения. Чтобы избежать этого, используют векторное управление, в котором в качестве регулируемых величин выступают пространственные векторы электромагнитных величин АЭД.

Векторное управление основывается на пространственной ориентации вектора напряжения и преобразовании неподвижной трехфазной системы в двухфазную систему, которая вращается. Исходной информацией для осуществления векторного управления являются мгновенные значения токов, частота вращения вала ротора, модуль и угол магнитного потока (рис. 7.3).

Система векторного управления складывается из двух каналов управления, модуля вектора потокосцепления ротора и частоты вращения ротора. Двухканальная система управления позволяет осуществить независимое регулирование модулем вектора потокосцепления и частотой вращения при сохранении прямой пропорциональности между моментом АЭД и составляющей намагничивающей силы статора. Для измерения текущих значений тока используют специальные датчики. Измерение вектора магнитного потока обычно осуществляется датчиками Холла в воздушном зазоре АЭД, но это не всегда возможно. Поэтому в схеме рис. 7.3 для расчета вектора потокосцепления использован специальный блок «наблюдатель», который выполняет его моделирование на основе значений проекций векторов тока и напряжения.

Блоки ПФ осуществляют преобразование трехфазной системы координат в двухфазную (ПФ1) и наоборот (ПФ2). В канал регулирования потока РП введён зависимый контур регулирования тока намагничивания і с регулятором РТ1. В контур регулирования скорости РС для получения возможности регулирования момента в режимах ослабления поля введён блок деления и предусмотрен зависимый контур регулирования активного тока с регулятором РТ2. Блок компенсации БК осуществляет развязку каналов РС и РП. Тригонометрический анализатор ТА высчитывает фазу вектора магнитного потока в данный момент. Блок БПК1 выполняет поворот вектора намагничивающей силы статора на угол, равный мгновенной фазе вектора потокосцепления ротора в осях относительно неподвижных осей ху. Блок БПК2 осуществляет преобразование составляющих напряжения статора , жестко связанных с вектором потокосцепления ротора в составляющие U1x и U1y неподвижных осей. Блок БВМ выделяет модуль вектора потокосцепления .
Рис. 7.3. Структурная схема преобразователя частоты с векторным бездатчиковым управлением
Трехфазная система переменных напряжений Ua, Ub, Uc используется для управления амплитудой и частотой выходного напряжения преобразователя частоты (ПЧ).

Векторное управление без датчиков обратной связи по скорости позволяет обеспечить динамические погрешности, характерные для привода с обратной связью. Однако управление моментом при погрешностях регулирования <1% невозможно без обратной связи по частоте вращения.
7.2. Измерительные преобразователи частоты вращения
Для измерения частоты вращения используют тахометры, в качестве которых используют тахогенераторы аналоговые и цифровые.

Аналоговые тахогенераторы представляют собой электрические микромашины переменного или постоянного токов (рис. 7.4).



Рис. 7.4. Тахогенераторы постоянного (а, б) и переменного (в) токов
Тахогенераторы (ТГ) постоянного тока имеют независимое возбуждение или возбуждаются от постоянных магнитов (рис. 7.4, а). Входная величина ТГ - угловая скорость , выходная - напряжение Uвых, которое определяется по сопротивлению нагрузки.
Статическая характеристика (рис. 7.4, б) ТГ постоянного тока есть зависимость

,

где ^ Kтг - коэффициент передачи ТГ; K - конструктивная постоянная; Ф - магнитный поток возбуждения; Rтг - сопротивление якорной обмотки ТГ.

ТГ переменного тока выполнен на базе асинхронной двухфазной машины (рис. 7.4, в). На статоре размещены две взаимно перпендикулярные обмотки: обмотка возбуждения, размещенная по оси , и рабочая обмотка, размещенная по оси . Выходное напряжение ТГ переменного тока практически линейно зависит от угловой скорости. В современных системах автоматизированного электропривода с большим диапазоном регулируемой скорости и цифровым управлением используют цифровые тахогенераторы (ЦТГ). Как правило, это фотоэлектрический импульсный датчик, принцип работы которого рассмотрен в работе 3.
7.3. Характеристика установки и методика выполнения работы

В работе исследуется электропривод с асинхронным электродвигателем, который содержит короткозамкнутый ротор TOSHIBA с векторным управлением (рис. 7.5).



Рис.7.5. Схема лабораторной установки
Инвертор получает питание от сети переменного тока через выключатель QF, о чём сигнализирует лампочка НL. К инвертору подключён трёхфазный АЭД М, частоту вращения которого можно измерить тахогенератором ВR цифровым или аналоговым. Управление инвертером осуществляется с панели управления инвертера или с персонального компьютера ПК, который подключен к инвертору через интерфейс. Назначение и функции элементов панели инвертора


Символьное обозначение

элемента

Назначение

элемента

панели


Функция



Кнопка управления

(контрольная кнопка)

Осуществляет переключение режимов управления (рабочий, установки параметров, статусный)



Кнопка «вверх» Up

Выбор параметра



Кнопка «вниз» Down

Выбор параметра



Кнопка «ПУСК»

Если нажать кнопку при включенной лампе «ПУСК», произойдёт старт двигателя



Кнопка «СТОП»

Если нажать кнопку при включенной лампе, двигатель плавно остановится



Кнопка «ВВОД»

(Enter)

Читает и записывает частоту и значение параметра



Регулятор частоты

(потенциометр)

Позволяет настроить частоту, если инвертор находится в режиме использования потенциометра



Лампа PRG

(программирование)

Горит, когда инвертор находится в режиме установки параметров



Лампа «ПУСК» RUN

Мигает, если инвертор работает


Назначение элементов панели управления инвертора приведено в таблице. На панели есть светодиодный дисплей, на котором показана выходная частота инвертора, аварийные ситуации (прекращение "С", перегрузка "L", перенапряжение "Р", перегрев "Н"), состояние инвертора и значения параметров.

Инвертор позволяет осуществлять запуск и остановку двигателя с панели и посредством внешних сигналов на входные терминалы, изменение частоты потенциометром, обеспечить необходимый темп разгона и замедления в границах времени от 0,1 до 3000 с.

Для исследования инвертора необходимо получить у преподавателя диаграмму изменения частоты вращения вала двигателя, определить последовательность действий по программированию инвертора с пульта управления и, после проверки программы преподавателем, выполнить исследование.
Содержание отчета

  1. Дать короткое описание цели работы, основных теоретических положений. 2. Начертить структурные схемы методов управления частотой вращения вала АЭД задаваемую преподавателем диаграмму изменения частоты вращения, последовательность действий по программированию инвертера посредством элементов пульта управления и экспериментальную диаграмму.

^ МЕТОДИКА РАБОТЫ С УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММОЙ ИНВЕРТОРА


  1. Включить компьютер и подать напряжение на преобразователь частоты (ПЧ), переведя автоматический выключатель, расположенный на лицевой панели стенда, в положение «1 ВКЛ».

  2. Ознакомиться с методикой работы управляющей программой инвертора. Для этого на вкладке «Программы» выбрать «PCM001Z». На появившемся окне программы указать тип и модификацию ПЧ, выбрать английский язык и нажать кнопку «ОК». В результате на экране отобразится диалоговое окно программы с таблицей параметров ПЧ, которые могут быть изменены в целях его соответствия условиям технологического процесса. Диалоговое окно представлено на рис.1.




На панели управления диалогового окна размещен ряд кнопок со следующим назначением:

1 – импорт всех данных из памяти ПЧ в компьютер;

2 – экспорт данных (один параметр) из компьютера в ПЧ и их запись в его память;

3 – импорт выделенных данных (нескольких параметров) из памяти ПЧ в компьютер;

4 – экспорт выделенных данных (нескольких параметров) из компьютера в ПЧ и их запись в его память;

5 – сравнение выделенных параметров;

6 – переход к режиму осциллографа.

Таблица параметров имеет следующие поля:

7 – обозначение настраиваемого параметра ПЧ;

8 –порядковый номер параметра;

9 – наименование, назначение параметра ПЧ;

10 – установленное (измененное) значение выбранного параметра;

11, 12 – наименьшее и наибольшее значение величины, задаваемого параметра ПЧ соответственно;

13 – минимально возможный шаг изменения переменной задаваемого параметра ПЧ и единицы ее измерения;

14 – отметка об изменении переменной параметра ПЧ. При внесении изменении в значение переменной выбранного параметра ПЧ появляется надпись «Changed».

Работа с осциллографом осуществляется следующим образом. При нажатии на кнопку 6 (рис. 1) открывается диалоговое окно осциллографа (рис. 2).

Вкладка 14 определяет работу программы в режиме осциллографа, а 15 – позволяет осуществлять выбор отображаемых на экране «осциллографа» величин ПЧ. Диалоговое окно программы, раскрывающееся при нажатии на кнопку 15, показано на рис.3. В окнах 21 указываются текущие значения отображаемых на экране «осциллографа» величин. В поле 18 задается максимальное значение отображаемых на экране величин, а в поле 19 – масштаб по оси времени. В поле 20 задается масштаб графиков. Значения полей 18 – 20 можно изменять и после вывода графиков на «экран осциллографа» соответствующими кнопками. Кнопки 16 и 17 задают моменты начала и окончания построения графиков соответственно.

В диалоговом окне программы «осциллографа», представленном на рис.3, имеется возможность выбора отображаемых на экране величин:

21 – значение частоты выходного напряжения ПЧ, Гц;

22 – заданное значение выходной частоты напряжения ПЧ;

23 – значение выходного тока ПЧ по отношению к номинальному току двигателя в %;

24 – значение входного напряжения ПЧ (напряжения сети) по отношению к номинальному в %;

25 – значение выходного напряжения ПЧ по отношению к номинальному напряжению двигателя в %.
^ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


  1. Загрузить в компьютер данные, внесенные в память ПЧ. Для этого необходимо нажать кнопку «1» на панели управления окна программы. В отчет по лабораторной работе записать номинальные данные двигателя (параметры F401 – F417).

  2. Исследовать выходную характеристику тахогенератора. Для этого необходимо убедиться в том, что управление ПЧ осуществляется с панели преобразователя (в таблице параметров ПЧ параметру СMОd присвоено значение 1 в столбце 10), а задание частоты выходного напряжения производится встроенным в ПЧ потенциометром (см. табл.) (параметру FMОd присвоено значение 2). Задание требуемого значения параметра производится следующим образом: щелчком левой кнопки мыши выделите поле 10 нужного параметра и введите необходимое значение; нажимаете клавишу «ENTER» после чего в поле 14 появится отметка об изменении настройки параметра «Changed»; выделяете левой клавишей мыши строку данного параметра и, щелчком по кнопке 2, записываете данные в память ПЧ. Программирование других параметров ПЧ производится по аналогичной методике. В таблице параметров необходимо найти параметр F710, отвечающий за индицируемую на дисплее ПЧ величину и присвоить ему значение «0» вышеуказанным способом. Таким образом, на дисплее ПЧ будет отображаться текущее значение частоты выходного напряжения.

  3. Запуск двигателя производится с помощью кнопки «RUN» на панели ПЧ. Изменяя выходную частоту ПЧ потенциометром, расположенным на его лицевой панели с шагом в 5Гц. Выходное напряжение тахогенератора измеряется вольтметром, расположенным на стенде. Результаты измерений занести в таблицу 1, построить график, вычислить крутизну характеристики или коэффициент передачи тахогенератора , где етг – ЭДС тахогенератора, а ωтг - угловая скорость его ротора.

Таблица 1

f, Гц

5

10

15

20

···

40

45

50

e, В













···










ω, с-1













···













  1. Задание рампы разгона – торможения электропривода с постоянными ускорениями. Сформировать скоростную диаграмму работы электропривода, подобную представленной на рис. 4. Время разгона, торможения и рабочая частота устанавливаются по заданию преподавателя.



Значение рабочей частоты задаются параметром FH и могут изменяться в пределах от 0 до 60 Гц. Время разгона определяется параметром АСС, а торможения – dЕС соответственно. По соображениям защиты двигателя и ПЧ от токовых перегрузок и перенапряжений не задавать время разгона (торможения) менее 1 секунды.

Для построения графиков щелчком по кнопке 6 открываете окно «осциллографа». На вкладке 15 с помощью 21 – 25 выбираете желаемые для отображения величины. Кнопкой 14 переходите в режим «осциллографа». Устанавливаете потенциометр ПЧ в крайнее правое положение. Нажимаете на кнопку 16, а затем на кнопку «RUN». При этом начнется построение графиков. По достижении установившейся скорости на уровне заданной, нажимаете на кнопку «STOP» на панели ПЧ. В результате чего начнется торможение электропривода. После остановки двигателя нажмите кнопку 17. Полученные графики предъявить преподавателю для проверки.

  1. Задание рампы разгона – торможения электропривода с переменными ускорениями.



Частота изменения ускорения задается параметром F505 в диапазоне от 0 до 50 ГЦ. Значение рабочей (установленной) частоты задаются параметром FH. Построение графиков осуществляется аналогично предыдущему разделу.

В случае возникновения аварийных режимов работы необходимо остановить электродвигатель и поставить в известность преподавателя. На дисплее ПЧ появится закодированное обозначение неисправности. После устранения ошибки необходимо произвести перезагрузку ПЧ путем двойного нажатия на кнопку «MON» на дисплее появится надпись «HELLO», а затем «О.О». Далее необходимо загрузить в компьютер данные из памяти ПЧ (см. п.3). Преобразователь готов к работе.

Похожие:

Исследование автоматических систем управления электроприводами iconКонтрольная работа по дисциплине «Исследование систем управления»
В контрольной работе необходимо провести организационную диагностику систем управления (на примере предприятия, на котором работает...
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconИсследование систем управления можно проводить тремя способами
Гипотеза – интуитивное предположение о возможных свойствах, структуре, параметрах, эффективности исследуемого объекта, на основании...
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconМетодическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Основы теории систем и управления»
«Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Основы теории систем и управления» по профессиональному направлению...
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconКонцепция многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности...
Новые требования к системам управления определяют необходимость единого системного подхода к процессу управления и его автоматизации....
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconИсследование внешних условий
Сначала эти применения общей теории управления к организациям были не вполне корректными, но затем удалось добиться определенной...
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconИсследование измерительных схем с датчиками температуры
Цель работы – изучение методов измерений, метрологических средств и систем автоматического контроля температуры
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconБилет Сущность и функции управления социально-экономическими процессами...
Управление – элемент и одновременно функция организованных систем различной природы, обеспечивающая сохранение их структуры, поддержание...
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconФгбоу впо вятский государственный гуманитарный университет ул. Красноармейская,...
Научная лаборатория исследования систем государственного и муниципального управления
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconФгбоу впо вятский государственный гуманитарный университет ул. Красноармейская,...
Научная лаборатория исследования систем государственного и муниципального управления
Исследование автоматических систем управления электроприводами iconЗадача целеполагания
Кибернетика – наука об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах, изучающая информационные процессы,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница