Работа № 12. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»

Цель работы

Изучить работу частотного преобразователя в замкнутой системе. Изучить методику настройки контуров регулирования тока и скорости замкнутой системы электропривода. Снять экспериментальные характеристики замкнутой по скорости системы ПЧ-АД.

Программа работы

1. Изучить принципы работы с модулем преобразователя частоты (Приложение А).

2. Изучить схему для снятия характеристик системы ПЧ-АД.

3. Подготовить преобразователь к работе.

4. Настроить ПИ-регулятор контура тока статора.

5. Настроить ПИ-регулятор контура скорости.

6. Исследовать замкнутую систему электропривода.

7. Составить отчет и сделать заключение по работе.

Пояснения к работе

В лабораторной работе используются следующие модули:

- модуль питания стенда (МПС);

- модуль питания (МП);

- силовой модуль (СМ);

- модуль преобразователя частоты (ПЧ);

- модуль тиристорного преобразователя (ТП);

- модуль ввода/вывода (МВВ).

Исследуемый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемый двигатель Ml, нагрузочную машину - двигатель постоянного тока независимого возбуждения - М2, импульсный датчик скорости МЗ.

Перед проведением работы при выключенных автоматических выключателях QF1 и QF2 модулей МПС и МП привести модули в исходное состояние:

- переключатель "Сеть" модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер
SA3 - в положение «Руч», SA4 - в положение «НМ», SA6 - в нижнее положение,
SA5 - в среднее положение;

-переключатель SA1 модуля ПЧ перевести в среднее положение, SA2 - в положение «Скорость», потенциометр RP1 - в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля, соединить специальным кабелем разъемы «ДС» модуля ПЧ и XI силового модуля.

- собрать схему для исследования системы ПЧ-АД.

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рисунке 12.1.

 

Рисунок 12.1 - Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД

Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к регулируемому источнику постоянного тока модуля ТП, Обмотка возбуждения - к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП.

Тиристорный преобразователь должен быть переведен в режим регулирования момента (Приложение Б).

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты через датчики тока и напряжения силового модуля.

Выходы датчиков тока и напряжения, а также ПЧН подключаются непосредственно к входам Al, A2, A3 модуля МВВ.

Выход датчика тока модуля ТП подключается к входу А4 модуля МВВ.

Преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания.

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО Labdrive и лабораторная работа «Исследование замкнутой системы ПЧ-АД».

12.1 Подготовка частотного преобразователя для работы в замкнутой системе

В режиме замкнутой по скорости системы преобразователь частоты держит заданную частоту вращения электродвигателя, изменяя выходную частоту и напряжение в соответствии с сигналом по скорости, поступающим с импульсного датчика скорости, установленном на валу двигателя.

Для переведения ПЧ в данный режим необходимо:

-в параметре 0.00 вести значение 1233 (сброс параметров ПЧ на заводские настройки);

- установить переключатель SA3 «Разрешение» в положении 0;
-установить значение параметра 0.00 на 1253 (разрешение на изменение

работы преобразователя);

-установить значение параметра 0.48 на CL.VECT (выбор режима работы преобразователя как замкнутой системы);

- нажать кнопку «Стоп-Сброс»;

- ввести паспортные данные исследуемого асинхронного электродвигателя
(параметры 0.42-0.47) (Приложение В);

-занести в параметр 0.49 значение L2 (разрешение просмотра всех параметров);

- нажать кнопку «Стоп-Сброс»;

-в параметр 03.34 занести количество импульсов на один оборот датчика скорости (500 имп/об);

- параметр 3.40 установить в «0»;

- выполнить автонастройку. В параметр 0.40 ввести значение «2» и установить тумблер SA3 - в положение «1», SA1 в положение «Вперед». Если появится сообщение tunE2, убрать разрешение на работу ПЧ и поменять местами фазы А и В электродвигателя, после чего нажать кнопку «Сброс». Повторить автонастройку.

12.2. Настройка ПИ-регулятора контура тока статора

Настройка замкнутого контура регулирования тока (КРТ) статора выполняется при заторможенном роторе электродвигателя. Торможение двигателя осуществляется путем установки металлического стержня полумуфту электромашинного агрегата.

12.2.1 Настройка П-регулятора контура тока

Настройку производить по переходной функции замкнутого контура, начиная с минимального значения коэффициента усиления пропорционального канала РТ.

Последовательность действий следующая:

-установить значение параметра 04.11 на 1 (разрешение регулирования момента);

- установить значение параметра 04.08 на 0 (задание момента в КРТ);
-установить значение параметра 04.14 на 0 (коэффициент усиления И-

канала звена регулятора тока);

-установить значение параметра 04.13 на 50 (минимальный коэффициент усиления П-канала регулятора);

- включить переключатель SA3 «Разрешение» на лицевой панели модуля в положение «1»;

- включить переключатель SA1 в положение «Вперед»;

 

 

-установить значение параметра 04.08 на 100, задавая, таким образом, скачок задания на вход контура тока;

- на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания момента (активного тока) двигателя;

- установить значение параметра 04.08 на 0;

- повторить пункты, установив другое значение параметра 04.13;
Критерием оптимизации переходной функции принимается минимум

перерегулирования и максимум быстродействия контура регулирования тока.

Зафиксировать полученные в ходе настройки оптимальные значения П-регулятора тока. Снять осциллограмму Iя(t) при скачке задания тока.

12.2.2 Настройка И-регулятора контура тока

Настройку производить по переходной функции замкнутого контура.

Последовательность действий следующая:

- установить значение параметра 04.08 на 0 (задание момента в КРТ);
-установить значение параметра 04.14 на 100 (минимальный коэффициент

усиления И-канала регулятора тока);

-установить значение параметра 04.08 на 100, задавая, таким образом, скачок сигнала задания на вход контура тока;

-на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания момента (активного тока) двигателя;

- установить значение параметра 04.08 на 0;

- повторить пункты, установив другое значение параметра 04.14. Зафиксировать полученные в ходе настройки оптимальное значение. Снять

осциллограмму I _Я (t) при скачке задания тока.

Переключатель SA3 «Разрешение» перевести в нижнее положение, SA1 - в среднее положение.

После настройки контура тока из агрегата удалить металлический стержень.

12.3. Настройка ПИ-регулятора контура регулирования скорости (частоты) вращения

Настройка контура скорости производится на холостом ходу.

Настройка замкнутого контура регулирования скорости сводится к экспериментальному подбору оптимальных величин параметров П-регулятора и И-регултора.

Значение частоты вращения наблюдать на компьютере, а также на индикаторе модуля СМ.

12.3.1 Настройка П-регулятора контура скорости

Настройку производить по переходной функции замкнутого контура, начиная с минимального значения коэффициента усиления пропорционального канала РТ.

 

Последовательность действий следующая:

- в параметре 6.01 установить значение COAST (торможение на выбеге);

- установить значение параметра 03.16 на 0;

- установить значение параметра 0.08 (03.11) на 0 (коэффициент усиления И-канала регулятора скорости PC);

- установить значение параметра 0.09 (03.12) на 0 (коэффициент усиления Д-канала звена PC);

-установить коэффициент усиления П-канала звена PC на 0.0010 -параметр 0.07 (3.10);

- установить значение параметра 0.03, 0.04 на 0 (время разгона и торможения привода);

- включить переключатель SA3 «Разрешение» в положение «1»;

- включить переключатель SA1 в положение «Вперед»;

- потенциометром RP1 установить скорость вращения вала электродвигателя 0,1- 0,2 от номинальной;

- на дисплее ПК наблюдать процесс нарастания скорости двигателя. Подавая и снимая скачок задания скорости переключателем «Вперед», снять переходные процессы системы электропривода;

-подобрать и запомнить оптимальный коэффициент усиления П-канала звена PC с заданным уровнем вращения двигателя параметр 0.07 (3.10);

Зафиксировать в ходе настройки различные значения П-канала. Снять осциллограмму n(t) при скачке значения скорости.

Критерием оптимизации переходной функции принимается минимум перерегулирования и максимум быстродействия контура регулирования скорости.

12.3.1 Настройка И-регулятора контура скорости

Настройку производить по переходной функции скорости замкнутого контура.

Последовательность действий следующая:

- установить значение параметра 0.08 (03.11) на 0.10 (коэффициент усиления
И-канала регулятора скорости PC);

-подавая и снимая скачок задания скорости переключателем «Вперед», снять переходные процессы системы электропривода;

Зафиксировать в ходе настройки различные значения ПИ-регулятора. Снять осциллограмму n(t) при скачке значения скорости.

12.4 Регулировочные характеристики замкнутой системы

Регулировочные характеристики настроенной замкнутой системы электропривода снимаются при фиксированном моменте статической нагрузки М_с = const.

Экспериментально снять следующие характеристики:

- частоты вращения АД n = f(fc);

- тока статора Ic = f(fc);

- напряжение статора U_c = f(fc);

 

Нагрузка задается двигателем постоянного тока. В преобразователе частоты наблюдать следующие параметры:

4.02 - активный ток статора;

4.17- ток намагничивания;

5.01 - частота задания

Напряжение статора Uc, ток статора I_с, ток нагрузки I_Я и частоту вращения n наблюдать на компьютере.

Опыт проводится в следующей последовательности:

-тиристорный преобразователь перевести в режим регулирования момента (Приложение Б);

- SA3 «Разрешение» модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

- переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;

- потенциометром RP1 задать выходую частоту 50 Гц;

-включить кнопку «Сеть» модуля ТП, SA6  «Разрешение» перевести в верхнее положение;

- переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;

- потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки 0,5... 1А; -изменяя потенциометром RP1 модуля ПЧ частоту задания, снять

характеристики.

Данные опыта занести в таблицу 12.1.

Таблица 12.1

Iя =
Ic, A
Ia, A
I , A
Uc, В
n, рад/с

После проведения опыта убрать нагрузку, SA5 модуля ТП перевести в среднее положение, SA6 «Разрешение» - в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ, SA1 перевести в среднее положение, SA3 в нижнее положение.

12.5 Пуск электропривода в замкнутой системе

В настроенной системе электропривода снять осциллограммы пуска электропривода на холостом ходу до скорости, задаваемой преподавателем:

- тока статора I_c=f(t);

- частоты вращения n=f(t).

Пуск электропривода удобнее создавать переключателем SA1 модуля ПЧ.

Опыт проводится в следующей последовательности:

- переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

- переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения; -потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается

преподавателем);

 

 

- тумблер SA1 перевести в среднее положение;

-переведя тумблер SA1 в любое крайнее положение, осуществить пуск электропривода.

При обработке осциллограмм пуска электропривода определить и указать показатели процесса:

- максимальное значение тока статора при разгоне I_СM;

- время достижения максимума t_M;

- время переходного процесса разгона электропривода t_ПП-Данные занести в таблицу 12.2.

Таблица 12.2

Iсм	tМ	tПП
А	с	с

12.6 Механические характеристики замкнутой системы

Механические и электромеханические характеристики в настроенной системе электропривода снимаются как в двигательном, так и в рекуперативном режимах работы АД. При работе АД в двигательном режиме ДПТ включается на направление вращения встречно вращению АД, при работе АД в режиме рекуперативного торможения - согласно с вращением ДПТ. Характеристики снимаются при двух сигналах задания, величина которых задается преподавателем.

Экспериментально снять статические характеристики электропривода:

- механическую n = f(M_c);

- электромеханическую n = f(I_c);

- внешнюю U_c = f(Mc);

Опыт проводится в следующей последовательности:

- переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

- переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения; -потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается

преподавателем);

- переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;

- изменяя потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки. Данные опыта занести в таблицу 12.3.

-тумблером SA5 модуля ТП изменить направление вращения и повторить опыт.

Таблица 12.3

Мс, Н -м
n, об/мин
IЯ,А
Uс,в
Iс, А

 

 

После проведения опыта убрать нагрузку, SA5 модуля ТП перевести в среднее положение, SA6 «Разрешение» - в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ, SA1 перевести в среднее положение, SA3 в нижнее положение.

Расчетные данные.

Момент статический, Н• м

М_с = kФ • I_Я,

                                                                                                               

где U_H - номинальное напряжение ДПТ (Приложение В);

- синхронная частота вращения ДПТ (Приложение В).

12.7 Переходные процессы при приложении момента статической нагрузки

Наброс и снятие нагрузки осуществляется включением-выключением переключателя SA5 модуля ТП. Снять осциллограммы:

- тока статора I_c = f ( t );

- частоты вращения n=f(t).

Опыт проводится в следующей последовательности:

- переключатель SA3 модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

- переключателем SA1 модуля ПЧ выбрать направление вращения;

- потенциометром RP1 модуля ПЧ задать частоту вращения (указывается преподавателем);

- переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление вращения;
-потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки (указывается

преподавателем);

- включением-выключением переключателя SA5 модуля ТП осуществлять
наброс и снятие нагрузки.

При осциллографировании фиксировать значения регистрируемых величин в установившихся режимах для определения их масштабов на осциллограммах.

При обработке осциллограмм переходных процессов при скачкообразном приложении М_с определить и указать показатели процесса:

- динамическое падение скорости n_п в переходном процессе;

- время 1м достижения скоростью величины n_п;

- время переходного процесса t_П;

- максимум тока якоря во время процесса I_СМ
Данные занести в таблицу 12.4.

Таблица 12.4

nп	tМ	tП	Iям
	с	с	А

После проведения опытов установить все переключатели модулей в исходное состояние. Отключить автоматы QF2 и QF1 модулей МП и МПС соответственно.

 

 

Контрольные вопросы

1. В чем разница разомкнутой и замкнутой вариантов реализации систем регулирования?

2. Что такое система подчиненного регулирования?

3. Какие контуры регулирования в настраиваемой системе регулирования существуют?

4. В каком порядке выполняется настройка замкнутой системы регулирования?

5. Для чего предназначен П-канал регулятора? И-канал? В чем разница в их настройке?

6. Что можно сказать о соотношении качественных показателей контура регулирования тока и скорости?