Работа №13. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ

"ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ -

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ"

Цель работы

Исследование рабочих свойств системы "Преобразователь частоты -синхронный двигатель" (ПЧ-СД),

Программа работы

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

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

3. Снять семейство механических характеристик.

4. Снять U-образные характеристики;

5. Снять регулировочные характеристики.

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 возбуждения (MB);

- модуль ввода/вывода (МВВ).

Исследуемый асинхронный электродвигатель с фазным 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 выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

- переключатель «Сеть» модуля ТП перевести в нижнее положение, тумблер
SA3 - в положение «Руч», SA4, SA6 - в нижнее положение, SA5 - в среднее
положение. Перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение Б);

-переключатель SA1 модуля ПЧ перевести в среднее положение, SA3 - в среднее в положение «О», потенциометр RP1 - в крайнее положение против часовой стрелки, установить перемычку между клеммами XS1 и XS2 модуля;

-кнопку «Сеть» модуля MB перевести в нижнее положение, тумблер SA1 в положение «Руч», потенциометр RP1 установить на минимум снимаемого напряжения.

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО Labdrive и соответствующая лабораторная работа.

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-СД приведена на рисунке 13.1.

 

Рисунок 13.1 - Схема для снятия характеристик системы ПЧ-СД

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

Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ.

Обмотка ротора подключается к регулируемому источнику постоянного тока модуля MB. Для контроля тока возбуждения в цепь ротора включается амперметр модуля измерительного.

Преобразователь частоты запитывается напряжением 3x380В от модуля питания через измеритель мощности (МИМ).

13.1 Частотный пуск

Для плавного пуска синхронного электродвигателя используется частотный пуск. Он заключается в плавном повышении частоты и амплитуды питающего статор двигателя напряжения. Ток возбуждения при этом задается заранее и остается неизменным все время пуска.

Перед проведением опыта необходимо перевести ПЧ в режим регулирования скорости (Приложение А). Автонастройку проводить не рекомендуется.

 

 

Дополнительно выключить режим компенсации скольжения (5.27=OFF). Порядок частотного пуска:

- включить автоматические выключатели QF1, QF2 модулей МПС и МП;

- включить кнопку «Сеть» модуля MB;

- потенциометром RP1 модуля MB установить ток возбуждения 0,5А; -подать разрешение на работу ПЧ, задать направление вращения,

потенциометром RP1 установить частоту 50Гц.

13.2 Снятие механических характеристик

Механические характеристики представляют собой зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу при постоянном значении тока возбуждения, частоты и напряжения питания n=f(M_B), Ib, Uc, f=const.

Опыт проводится в следующей последовательности:

- перевести ТП в режим регулирования момента (Приложение Б);

- включить кнопку "Сеть" модуля ТП;

- увеличить ток возбуждения до 1 А;

- подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);

-, задать момент нагрузки. Таким образом снять несколько точек в двигательном и генераторном режимах. Данные опыта занести в таблицу 13.1

-после проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1 модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Напряжение статора можно смотреть на экране ПЧ (параметр 5.02), ток статора смотреть в параметре 4.01.

Повторить опыт при условиях:

- других значениях тока возбуждения и Uc, f=const;

- другом значении напряжения статора и I_B, f=const;

- другом значении частоты питающего напряжения и f=const. Напряжение изменять в параметре 0.44 при выключенном приводе.

 

Таблица 13.1

UC,B
Iс,А
Uя,В
IЯ,А
n, об/мин
UBX,B
Ibx, A
Рвх, Вт
SC,BA
ω, 1/с
∆Рэл, Вт
∆РЯ, Вт
Ря,Вт
Рв,Вт
Рс,Вт
АД
пч-ад
COS( )АД
COS( )ПЧАД
Мв, Н м

13.3 U-образные характеристики

U-образные характеристики представляют собой зависимости тока статора от тока возбуждения и cos( ) от тока возбуждения при постоянном моменте нагрузки I_С, cos( )=f(I_B), M_B=const.

Порядок проведения опыта:

- установить ток возбуждения 0,5А;

- включить преобразователь частоты и установить выходную частоту 50Гц;

- подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать момент нагрузки (указывается преподавателем);

-увеличивать ток возбуждения до 2А, фиксируя показания в таблице, аналогичной таблице 13.2.

Повторить опыт для другого значения момента нагрузки.

13.3 Регулировочные характеристики электропривода

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, Uc, P, S = f(U₃), M_B=const.

 

 

Для снятия характеристик необходимо:

-установить выходную частоту преобразователя частоты 60 Гц (параметр 0.02=60);

-задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение 1_Я задается преподавателем и выбирается в пределах 0...1А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Сигнал задания (параметр 7.01) отображается в процентах от максимального сигнала (10В). Выходная частота отображается в параметре 5.01.

Результаты опыта занести в таблицу 13.2.

Таблица 13.2

Iя=
UBX,B
f, Гц
Uc,B
Iс,А
Uя,в
n, об/мин
UBx,B
Iвх> А
Рвх, Вт
SC,BA
ω, 1/с
∆Рэл, Вт
∆Ря, Вт
Ря,Вт
Рв,Вт
Рс,Вт
АД
ПЧ-АД
COS( )АД
COS( )ПЧАД
Мв, Н м

                   Расчетные данные.

 

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА

S = 3 U_CФ I_C,

где Ucф - фазное напряжение на выходе ПЧ, В. Частота вращения электродвигателя, 1/с

 

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя, Вт

 

                                                   

Где r_c – активное сопротивление фазы статора, Ом.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ, Вт

Где r_я – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом.

Выходная мощность ТП, Вт

Мощность на валу асинхронного электродвигателя, Вт:

Где - механические потери ДПТ (Приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ, Вт

Где - механические потери АДКЗ (Приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

Cos  асинхронного двигателя

Коэффициент полезного действия системы

Cos  системы

Момент на валу асинхронного двигателя, Н м:

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие способы регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей вы знаете?

2. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

3. Укажите достоинства и недостатки применения частного регулирования

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Преобразователь частоты Unidrive SP1401

Преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает преобразование переменного напряжения 3x3 80В в трехфазное напряжение с регулируемыми значениями напряжения и частоты. GX содержит неуправляемый выпрямитель и автономный инвертор и обеспечивает регулирование частоты вращения асинхронного двигателя при постоянном потоке U/f=const.

Модуль преобразователя частоты (рисунок АЛ) содержит:

- преобразователь частоты UNI1401SP с двухстрочным дисплеем и кнопками ввода параметров;

- силовые клеммы подачи трехфазного входного напряжения А, В и С и снятия выходного напряжения А1, В1 и О;

- силовые клеммы высокого напряжения постоянного тока: «+» и «-»;

- клеммы маломощных аналоговых сигналов управления преобразователя (XS2 - Вход 1, XS3 - Вход 2);

-клеммы XS5 и XS6 выходных аналоговых сигналов, пропорциональных соответственно частоте вращения и моменту асинхронного двигателя;

- потенциометр аналогового сигнала задания RP1;

- кнопку SB 1 «Сброс» для сброса ошибки;

-переключатели SA1 (направления вращения), SA2 (выбора управления «Скорость» и «Момент») и SA3 (подачи разрешения на работу);

- разъем ДС для подключения импульсного датчика скорости при получении
замкнутой системы.

Рисунок А. 1. Модуль преобразователя частоты

 

Настройка ПЧ осуществляется с помощью пульта управления (кнопочной панели преобразователя) или от персонального компьютера с помощью программного обеспечения.

Пульт управления преобразователя (рисунок А.2) включает в себя дисплей и кнопки управления.

 

Рисунок А.2. Пульт управления преобразователя частоты UNIDRIVE SP

Кнопки лицевой панели:

-навигационная клавиша используется для навигации по структуре параметров и для изменения значений параметров;

-кнопка режима используется для изменения режима дисплея - просмотр параметра, редактирование параметра, состояние;

-три управляющие кнопки используются для управления приводом, если выбран режим панели.

Установка заводских настроек

Перед началом работы с частотным преобразователем необходимо сбросить все настройки на заводские и занести каталожные данные двигателя. Для сброса настроек на заводские необходимо:

- переключатель SA3 установить в значение «О»;

- переключатель SA1 установить в среднее положение;

-подать напряжение питания на преобразователь. По прошествии нескольких секунд на дисплее преобразователя отображается информация о текущем режиме работы;

-навигационной клавишей (кнопки  , v) вызвать на индикацию параметр 0.00;

- выбрать параметр 0.00 нажатием клавиши ;

- ввести значение 1233 и запомнить значение нажатием клавиши ;

-нажать кнопку  (стоп/сброс) - параметр 0.00 сбросится в «0». Это означает, что все параметры ПЧ сбросились на заводские настройки.

Подробное описание параметра 0.00 дается в руководстве пользователя

преобразователя частоты.

Установка каталожных параметров двигателя

Перед началом работы ПЧ необходимо занести в ПЧ номинальных данных электродвигателя. Для этого:

- установить в параметре 0.42 число полюсов двигателя;

-установить в параметре 0.43 коэффициент мощности двигателя (должен быть отличен от нуля);

- установить в параметре 0.44 номинальное напряжение двигателя, В;
-установить в параметре 0.45 номинальную частоту вращения двигателя,

об/мин;

-установить в параметре 0.46 номинальную частоту питающего двигатель напряжения, Гц.

- произвести самонастройку привода. Для этого:

а) Установить в параметре 0.40 значение 2.

б) Подать разрешение на работу ПЧ (SA3 в положение «1»);

в) Установить направление вращения двигателя (SA1) - двигатель совершит
несколько оборотов и остановится. Если настройка прошла успешно, параметр 0.40
сбросится в «0».

В данном лабораторном стенде преобразователь частоты используется в двух основных режимах:

- режим регулирования скорости;

- режим регулирования момента;

Режим регулирования скорости

В режиме регулирования скорости преобразователь поддерживает заданную частоту вращения электродвигателя. Данный режим включается после сброса настроек на заводские и занесения номинальных данных электродвигателя.

Режим регулирования момента

В режиме регулирования момента двигатель работает в качестве источника активного момента, задаваемого преобразователем частоты.

Для переведения ПЧ в режим регулирования момента необходимо:

- установить тумблер SA3 в положение «0»;

- установить переключатель SA2 в положение «Момент»;

-используя навигационную клавишу и кнопку режима установить параметры преобразователя в соответствии с таблицей А. 1.

 

 

Таблица А. 1

Параметр		Значение
11.20	Определение параметра 0.30	7.12
11.19	Определение параметра 0.29	7.08
11.18	Определение параметра 0.28	3.08
11.17	Определение параметра 0.27	7.02
11.16	Определение параметра 0.26	7.11
11.15	Определение параметра 0.25	7.01
11.14	Определение параметра 0.24	0.00
11.13	Определение параметра 0.23	1.32
11.12	Определение параметра 0.22	1.31
11.11	Определение параметра 0.21	1.30
11.10	Определение параметра 0.20	1.29
11.09	Определение параметра 0.19	2.07
11.08	Определение параметра 0.18	2.06
11.07	Определение параметра 0.17	8.17
11.06	Определение параметра 0.16	6.01
11.05	Определение параметра 0.15	2.04
11.04	Определение параметра 0.14	1.05
11.03	Определение параметра 0.13	4.02
11.02	Определение параметра 0.12	2.01
11.01	Определение параметра 0.11	1.03
9.33	Т26 выбор выхода цифрового В/В 3	4.11
9.10	Назначение логической функции 1	7.09
9.07	Инверсия источника 2 логической функции 1	Оп(1)
9.04	Источник 1 логической функции 1	6.32
8.39	Запрет автоматического выбора цифрового входа Т28 и Т29	Оп(1)
8.32	Т25 выбор цифрового В/В2	Оп(1)
8.26	Т26 назначение цифрового входа 6	9.29
8.25	Т28 назначение цифрового входа 5	10.33
8.22	Т25 источник/назначение цифрового В/В2	10.04
7.14	Назначение аналогового входа 2	1.36
7.10	Назначение аналогового входа 1	4.08
6.09	Синхронизация	1
2.04	Рампа	fast

Аналоговый вход 1 конфигурируется как задание момента.

В преобразователе частоты могут быть заблокированы для просмотра некоторые параметры. Для просмотра всех параметров преобразователя в параметр 0.49 ввести значение L2. Преобразователь будет переведен в режим просмотра всех параметров, так например, стрелки  и ► будут изменять первую цифру номера параметра, стрелки  и ▼ - выбирают две другие цифры номера параметра. При анализе привода полезны следующие параметры преобразователя:

4.1 - полный ток двигателя (в амперах);

4.2 - активный ток двигателя, пропорциональный моменту двигателя, (в амперах);

4.17- ток намагничивания (в амперах);

5.1 - текущая частота двигателя (в Гц);

5.2 - напряжение на двигателе (в вольтах).

Работа с картой SMARTCARD

Для быстрой настройки электропривода можно использовать карту SMARTCARD (рисунок 1.6) с заранее запрограммированными в неё конфигурациями параметров.

Для установки карты необходимо снять панель управления преобразователя нажатием боковых кнопок.

Работа с картой осуществляется при отключенном SA3 «Разрешение» (в положение»0»)

 

 

Рисунок А.З -Карта SMARTCARD

Карта входит в комплект поставки привода. В ней имеется 999 отдельных блоков данных. Любой из блоков с 1 по 499 можно использовать для хранения данных пока не будет занята ёмкость 4 кбайт.

Блоки данных карты имеют следующее назначение:

- от 1 до 499-настройки приложений (запись/чтение);

- от 500 до 999-макросы (только чтение).

Передача, стирание и защита данных выполняется путём ввода кода в параметр 0.00, как показано в таблице 1.2.

Сохранять в карту наиболее предпочтительным является параметров от исходных, поскольку они занимают меньше памяти карты, чем полные приложения, и в большинстве приложений лишь у нескольких параметров значение.

Если при передаче данных из карты в привод карта будет вынута, то произойдёт отключение привода. После такого отключения необходимо загрузить в привод стандартные значения.

Таблица А.2- Коды SMARTCARD

Код	Действие
Зууу	Записать данные ЭГШЗУ привода в блок SMARTCARD номер ууу
4ууу	Записать данные привода как отличия от исходных в блок SMARTCARD номер ууу
5УУУ	Записать программу встроенного ПЛК в блок SMARTCARD номер ууу
бууу	Прочитать блок данных SMARTCARD номер ууу в привод
7УУУ	Стереть блок данных SMARTCARD номер ууу
8УУУ	Сравнить параметры привода с блоком ууу
9999	Стереть карту SMARTCARD
9888	Установить в SMARTCARD флаг "только чтение"
9777	Сбросить в SMARTCARD флаг "только чтение"

ууу - номер блока (задается произвольно).

Для работы с картой необходимо вставить её в привод и выполнить действия, описанные в таблице А.2. Необходимо запоминать номера блоков и приложения, находящиеся в них. Например, после настройки режима регулирования момента можно сохранить эту конфигурацию параметров в карту. Для этого необходимо вставить карту в привод, ввести в параметр 0.00 значение, например, 4400. Этот код означает сохранение параметров из привода в карту в блок номер 400. Чтобы считать макрос 4 из карты в привод нужно в параметр 0.00 ввести код 6400.

После попытки прочитать, записать или стереть данные на SMARTCARD может произойти отключения, если при выполнении этой команды возникли проблемы.

Более подробное описание параметров и режимов работы частотного преобразователя, а также отключения и соответствующие им проблемы приведены в «Руководстве пользователя «Unidrive».

При поставке лабораторного комплекса на SMARTCARD записаны следующие параметры:

- адрес 100 - режим регулирования скорости;

- адрес 400 - режим регулирования момента.

Данными настройками можно пользоваться на лабораторных работах для быстрого изменения режимов работы привода.

С подробным описанием параметров преобразователя частоты можно ознакомиться в «Руководстве пользователя ПЧ Unidrive».

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Тиристорный преобразователь

Тиристорный преобразователь представляет собой однофазный двухкомплектный преобразователь с раздельный управлением комплектами.

Преобразователь служит для управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения.

ТП содержит выходы управляемого преобразователя для питания обмотки якоря и выходы неуправляемого преобразователя =220В для питания обмотки возбуждения.

Внешний вид модуля приведен на рисунке Б. 1.

Рисунок Б.1 -Модуль "Тиристорный преобразователь"

На лицевую панель вынесены:

- кнопка «Сеть» подачи питания на ТП;

- переключатель SA1 служит для переключения индикации «напряжение, ток якоря, ток возбуждения»;

- тумблер SA2 - выбор режима регулирования «Скорость»/«Момент»;

- тумблер SA3 - выбор режима управления «Руч»/«Авт». В положение «Авт» управление осуществляется с внешнего входного сигнала, сигнал задается на клемму XI, внутренние связи преобразователя не размыкаются;

-тумблер SA4 - выбор режима работы «П»/«НМ» В режиме «НМ» управление осуществляется с лицевой панели. В режиме «П» управление

 

Осуществляется от модуля регуляторов, сигнал задания задается на клемму Х1, при этом все внутренние обратные связи преобразователя размыкаются. Выбор режима работы отображается соответствующими светодиодами;

-тумблер SA5 осуществляет выбор направления вращения;

-тумблер SA6 «Разрешение» обеспечивает разрешение управления силовой частью;

-потенциометр RP1 обеспечивает установку задания, в соответсвии с положением тумблера SA2, по напряжению якоря или по моменту.

Модуль ТП имеет индикатор, на который выводятся значения его выходного напряжения, тока якоря и возбуждения.

Индикация режима работы преобразователя содержит 4 светодиода («защита», «Работа», «Мост А», « Мост В»).

При работе в режиме НМ(нагрузочная машина) преобразователь работает в двух основных режимах (рисунок Б.2):

- регулирования скорости

-регулирование момента.

 

ме

 

Рисунок Б.2 – Механические характеристики ДПТ при работе ТП в режиме НМ:

а – при регулировании задания по скорости;

б – при регулировании задания по моменту;

 

        В режиме регулирования скорости двигатель работает на горизонтальной механической характеристике, а в режиме регулирования по моменту – на вертикальной, при этом можно использовать двигатель как нагрузочное устройство для исследования асинхронной машины.

 

        Режим регулирования по скорости:

Для работы преобразователя в режиме регулирования скорости необходимо:

     -тумблер SA2 установить в положение «Скорость»

     -потенциометром PR1 производить регулирование скорости двигателя.

 

        Режим регулирования по моменту:

Для работы преобразователя в режиме регулирования моменту необходимо:

     -тумблер SA2 установить в положение «Момент»

     -потенциометром PR1 регулировать момент, развиваемый двигателем.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Паспортные и расчетные данные электрических машин

Паспортные данные машины постоянного тока

Таблица В. 1

Наименование параметра	Значение
Тип	ПЛ-072
Мощность, Вт	180
Номинальное напряжение питания обмотки якоря, В	220
Номинальное напряжение питания обмотки возбуждения, В	200
Номинальная частота вращения, об/мин	1500
Номинальный ток якоря, А	1,3
к.п.д.	0,63
Масса, кг	7,65
Сопротивление обмотки якоря Rя,20ос (расчетное значение), Ом	17,5
Сопротивление обмотки возбуждения Rob,20°c (расчет, значение), Ом	820
Механические потери, Рмех ДПТ, Вт	15

Паспортные и расчетные данные асинхронного двигателя с фазным/короткозамкнутым ротором

Таблица В.2

Наименование параметра	Значение
Тип	АК71ВУЗ/АИР63В4УЗ
Мощность, Вт	370
Номинальное напряжение питания обмотки статора, В, A Y	380
Номинальная частота вращения, об/мин	1370/1320
Номинальный ток фазы статора, А	1,18/1,37
cos ф	0,7
Номинальный момент, Нм	1,4
Активное сопротивление статора r1.27°c, Ом	19
Активное сопротивление ротора r2.27°c, Ом	25
Число пар полюсов	2
Механические потери, Рмех Ад, Вт	11

Примечание: Механические характеристики, как естественные, так и искусственные, желательно снимать при пониженном напряжении, а затем момент пересчитывать по формуле

U_пониж,л =220 В, М=М_ОПЫТ (380/220)² М_ОПЫТ З.

Паспортные данные импульсного датчика скорости

Таблица В.3

Наименование параметра	Значение
Тип	TRD-S500VD
Напряжение питания, В	5
Разрешающая способность, имп/об	500

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Тарировочные кривые

Зависимости С_М=f(w) и I_Я0 = f(w) машины постоянного тока ПЛ-072У3.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Д