Файл: Пояснительная записка Соискатель, студент группы элб16 Догадин Р. А.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 131
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Устройство и принцип работы лабораторного стенда «Интеграл»
2 Математическое описание объектов лабораторного стенда «Интеграл»
преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ – АД)
3 Моделирование режимов работы частотно-регулируемого
электропривода в пакете программ MatLab
4 Пуск асинхронного двигателя на лабораторном стенде «Интеграл»
5 Техника безопасности при работе с лабораторным стендом «Интеграл»
позволяет использовать его в лифтах, подъемных кранах и системах с мощными двигателями, при торможении которых возникает энергия, поступающая обратно в сеть. Имеет встроенный ПИД-регулятор. Его назначение заключается в поддержании заданной скорости вращения ротора двигателя в зависимости от внешних сигналов, поступающих с датчиков обратной связи (датчик давления, датчик температуры), что позволяет его использовать в насосных станциях и гидравлических системах. На лицевой панели расположен пульт FR-DU07, с помощью которого возможно управление преобразователем частоты, разъём USB порта, предназначенного для связи с компьютером.
На роторе двигателя расположен энкодер. Он предназначен для измерения скорости вращения и координат текущего положения ротора.
Рассмотрим основные характеристики преобразователя частоты:
‒ модель: Mitsubishi FR-A741;
‒ мощность: 5,5 кВт;
‒ ток, Iном: 12 А;
‒ напряжение питания: 380 В;
‒ степень защиты: IP 20;
‒ съемный пульт: есть;
‒ ПИД-регулятор: есть, расширенное ПИД регулирование;
‒ аналоговый вход (0-10В, 4-20мА): есть;
‒ подключение энкодера: опция;
‒ защита двигателя: есть;
‒ интерфейс RS-485: есть;
‒ интерфейс RS-232: нет;
‒ протокол Profibus: Modbus;
‒ исполнение IP 20;
‒ длина: 250 мм;
‒ глубина: 470 мм;
‒ высота: 270 мм;
‒ вес: 25 кг;
‒ диапазон выходной частоты: 0,5 – 400 Гц (диапазон напряжения питания 380-480В).
Параметры асинхронного двигателя ELDIN A100L4FБУ3:
‒ мощность: 4 кВт;
‒ номинальная скорость вращения: 1425 об/мин;
‒ коэффициент мощности (cos φ): 0,83
‒ номинальный ток при 380 В: 8,6 А;
‒ номинальный момент: 27 Н∙м;
‒ номинальная частота питающей сети: 50 Гц.
Вывод: данный лабораторный стенд позволяет изучить принцип работы и структуру частотно-регулируемого электропривода, освоить методы управления и получения навыков работы с преобразователем частоты, а также с программным обеспечением, предназначенным для упрощения и наглядности работы стенда.
Существует несколько способов управления преобразователем частоты:
‒ задание параметров с помощью панели управления частотного
преобразователя;
‒ внешнее аналоговое управление преобразователем частоты;
‒ задание параметров через персональный компьютер; ‒ использование сенсорной панели оператора.
Самым первым способом следует рассмотреть задание параметров с помощью панели управления частотного преобразователя
На корпусе преобразователя частоты Mitsubishi расположена панель управления, которая приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Панель управления преобразователем частоты 1 – Дисплей индикации параметров; 2 – ручка цифрового набора (энкодер); 3 – светодиоды индикации используемой величины; 4 – индикаторы способа управления, режима контроллера (P. RUN) и управления (MON), направления вращения; 5 – блок клавиш управления преобразователем частоты.
На дисплее отображаются рабочие величины, параметры, номера, ошибки. Светодиоды индикации используемой величины показывают какая единица измерения используется (частота, ток, напряжение). Ручка цифрового набора используется для задания параметров. Блок индикации показывает режимы управления (PU – при помощи панели управления; EXT – внешнее управление; NET – управление по сети), направление вращения двигателя (REV – левое вращение; FWD – правое).
При помощи блока клавиш и ручки цифрового набора производится управление и настройка преобразователя частоты. Назначение клавиш представлено в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Назначение кнопок управления
Для активации работы панели управления необходимо нажать клавишу
PU(EXT). Загорится индикатор PU на панели управления. В таком режиме частота вращения задается при помощи ручки цифрового набора на панели управления. После установки частоты необходимо нажать клавишу SET для запоминания параметра. Затем, для вращения в правую сторону нажимается кнопка FWD, для вращения в левую сторону – REV. Для остановки двигателя необходимо нажать клавишу RESET (STOP).
Для включения толчкового (тестового) режима работы электропривода нажимать клавишу PU(EXT) до появления надписи JOG на дисплее панели управления. После появления надписи нажать клавишу FWD или REV для пуска вращения двигателя.
При однократном нажатии клавиши MODE осуществляется переход в режим настройки преобразователя частоты. В режиме настройки изменяются параметры электронной защиты, режим управления преобразователем частоты, настройки связи, ограничения параметров работы, время разгона/торможения, выбор клемм, индикация и т.д. В учебном процессе вход в данный режим нежелателен. При вращении ручки цифровой настройки будет изменяться текущий параметр. Вход в параметр осуществляется нажатие клавиши SET. Вращением ручки цифрового регулятора задается нужное значение и нажимается клавиша SET. После этого параметр сохраняется в памяти микроконтроллера.
Во время работы преобразователя частоты можно просматривать один из трёх выходных параметров: выходной ток, выходное напряжение и его частоту. На рисунке 1.4 приведён фрагмент инструкции по переключению между режимами индикации частоты, напряжения, тока.
Рисунок 1.4 – Выбор режима индикации выходного параметра
Вывод: панель управления, расположенная на лицевой стороне преобразователя частоты, позволяет управлять работой преобразователя без применения дополнительных устройств, а также отлеживать такие выходные параметры, как выходной ток, выходное напряжение и его частоту. Следующий способ, который мы рассмотрим, будет «внешнее аналоговое управление преобразователем частоты».
Управление преобразователем частоты можно осуществлять при помощи внешних сигналов управления, поступающих на управляющие входные клеммы преобразователя частоты. Для перевода преобразователя частоты в режим внешнего управления необходимо нажать клавишу PU(EXT) до момента, пока не загорится индикатор
EXT на панели управления преобразователем частоты. Блок внешнего управления приведён на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Блок внешнего управления преобразователем частоты
Назначение и описание клавиш на блоке внешнего управления преобразователем частоты приведено в таблице 1.2.
Потенциометр R1 предназначен для бесступенчатого регулирования и компенсации частоты вращения ротора асинхронного двигателя в режиме внешнего управления.
Индикатор FU гаснет в том случае, если частота вращения ротора достигла установленного значения. Индикатор RUN загорается, если выходная частота преобразователя превышает стартовую частоту (т.е. двигатель вращается). Таблица 1.2 – Назначение клавиш на блоке внешнего управления
При включении клавиш STF и STR электродвигатель начинает вращаться в соответствующем направлении. При отключении этих клавиш двигатель останавливается. При одновременном включении этих клавиш двигатель полностью останавливается. При включении клавиши MRS происходит отключение выходов преобразователя частоты и двигатель останавливается по инерции. Включение клавиши RES приводит к стиранию данных электронной защиты двигателя в случае появления неисправности, во время процесса сброса на дисплее мигает ERR. Клавишей JOG осуществляется включение толчкового
режима работы. Такой режим используется для наладки системы электропривода. Имеет несколько параметров: ползучая частота и время разгона/торможения в толчковом режиме. Ползучая частота – это частота, до которой будет происходить разгон двигателя. По умолчанию 5 Гц. Время разгона/торможения по отдельности не регулируется и по умолчанию составляет 0,5 с. Направление вращения в толчковом режиме задаётся клавишами
STF и STR. Клавишей RT включается второй набор параметров преобразователя частоты. Переключение набора параметров преобразователя частоты применяется в следующих случаях:
‒ переключении между аварийным и нормальным режимами работы; ‒ для переключения между главным и вспомогательным двигателями; ‒ для переключения между лёгкими и тяжелыми грузами.
Наборы параметров вносятся в преобразователь частоты наладчиком или оператором.
Вывод: внешнее аналоговое управление не позволяет изменять скорость вращения ротора электродвигателя, однако, основные функции такие, как реверс двигателя, регулировка скорости «низкая, средняя, высокая» и т.д., могут быть выполнены. При этом регулирование скорости зависит от заданной частоты на панели управления, а «высокая» скорость вращения, соответственно, будет равна скорости вращения при заданной частоте. После рассмотрения аналогового управления, рассмотрим управление преобразователем с компьютера.
Управление преобразователем частоты с компьютера может осуществляться несколькими способами: через интерфейс USB или через интерфейс RS-485 в режиме Master – Slave (ведущий – ведомый) с промежуточным звеном в виде программируемого логического контроллера (ПЛК).
На рисунке 1.6 приведена структура стенда с использованием программируемого логического контроллера. Использование ПЛК позволяет реализовать удаленное управление преобразователем частоты. Максимальное количество преобразователей, управляемых с ПЛК до 8 штук. Управление осуществляется по протоколу MODBUS. На основе данного интерфейса строятся системы автоматизированного электропривода, работающие под управлением
SCADA-системы. Под каждый автоматизированный комплекс в SCADA разрабатывается своя программа. SCADA – программное обеспечение,
предназначенное для обеспечения удаленной работы систем сбора, обработки и отображения информации, для управления автоматизированным технологическим процессом. При таком подходе требуется создание программного OPC-сервера, предназначенного для обмена информацией между компьютером и преобразователем частоты.
На роторе двигателя расположен энкодер. Он предназначен для измерения скорости вращения и координат текущего положения ротора.
Рассмотрим основные характеристики преобразователя частоты:
‒ модель: Mitsubishi FR-A741;
‒ мощность: 5,5 кВт;
‒ ток, Iном: 12 А;
‒ напряжение питания: 380 В;
‒ степень защиты: IP 20;
‒ съемный пульт: есть;
‒ ПИД-регулятор: есть, расширенное ПИД регулирование;
‒ аналоговый вход (0-10В, 4-20мА): есть;
‒ подключение энкодера: опция;
‒ защита двигателя: есть;
‒ интерфейс RS-485: есть;
‒ интерфейс RS-232: нет;
‒ протокол Profibus: Modbus;
‒ исполнение IP 20;
‒ длина: 250 мм;
‒ глубина: 470 мм;
‒ высота: 270 мм;
‒ вес: 25 кг;
‒ диапазон выходной частоты: 0,5 – 400 Гц (диапазон напряжения питания 380-480В).
Параметры асинхронного двигателя ELDIN A100L4FБУ3:
‒ мощность: 4 кВт;
‒ номинальная скорость вращения: 1425 об/мин;
‒ коэффициент мощности (cos φ): 0,83
‒ номинальный ток при 380 В: 8,6 А;
‒ номинальный момент: 27 Н∙м;
‒ номинальная частота питающей сети: 50 Гц.
Вывод: данный лабораторный стенд позволяет изучить принцип работы и структуру частотно-регулируемого электропривода, освоить методы управления и получения навыков работы с преобразователем частоты, а также с программным обеспечением, предназначенным для упрощения и наглядности работы стенда.
1.1 Управление лабораторным стендом «Интеграл»
Существует несколько способов управления преобразователем частоты:
‒ задание параметров с помощью панели управления частотного
преобразователя;
‒ внешнее аналоговое управление преобразователем частоты;
‒ задание параметров через персональный компьютер; ‒ использование сенсорной панели оператора.
Самым первым способом следует рассмотреть задание параметров с помощью панели управления частотного преобразователя
1.1.1 Задание параметров с панели управления
На корпусе преобразователя частоты Mitsubishi расположена панель управления, которая приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Панель управления преобразователем частоты 1 – Дисплей индикации параметров; 2 – ручка цифрового набора (энкодер); 3 – светодиоды индикации используемой величины; 4 – индикаторы способа управления, режима контроллера (P. RUN) и управления (MON), направления вращения; 5 – блок клавиш управления преобразователем частоты.
На дисплее отображаются рабочие величины, параметры, номера, ошибки. Светодиоды индикации используемой величины показывают какая единица измерения используется (частота, ток, напряжение). Ручка цифрового набора используется для задания параметров. Блок индикации показывает режимы управления (PU – при помощи панели управления; EXT – внешнее управление; NET – управление по сети), направление вращения двигателя (REV – левое вращение; FWD – правое).
При помощи блока клавиш и ручки цифрового набора производится управление и настройка преобразователя частоты. Назначение клавиш представлено в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Назначение кнопок управления
| Кнопка | Назначение и описание |
| FWD | Запуск правого вращения |
| REV | Запуск левого вращения |
| SET | Запись настроек. Установка частоты и параметров. Во время работы преобразователя нажатием на эту клавишу изменяется индикация на дисплее (ток, напряжение, частота) |
| MODE | Переключение режима настройки |
| RESET (STOP) | Остановка двигателя, сброс защитных функций |
| PU (EXT) | Выбор режима управления: внешнее управление (EXT) или при помощи панели управления (PU) |
Для активации работы панели управления необходимо нажать клавишу
PU(EXT). Загорится индикатор PU на панели управления. В таком режиме частота вращения задается при помощи ручки цифрового набора на панели управления. После установки частоты необходимо нажать клавишу SET для запоминания параметра. Затем, для вращения в правую сторону нажимается кнопка FWD, для вращения в левую сторону – REV. Для остановки двигателя необходимо нажать клавишу RESET (STOP).
Для включения толчкового (тестового) режима работы электропривода нажимать клавишу PU(EXT) до появления надписи JOG на дисплее панели управления. После появления надписи нажать клавишу FWD или REV для пуска вращения двигателя.
При однократном нажатии клавиши MODE осуществляется переход в режим настройки преобразователя частоты. В режиме настройки изменяются параметры электронной защиты, режим управления преобразователем частоты, настройки связи, ограничения параметров работы, время разгона/торможения, выбор клемм, индикация и т.д. В учебном процессе вход в данный режим нежелателен. При вращении ручки цифровой настройки будет изменяться текущий параметр. Вход в параметр осуществляется нажатие клавиши SET. Вращением ручки цифрового регулятора задается нужное значение и нажимается клавиша SET. После этого параметр сохраняется в памяти микроконтроллера.
Во время работы преобразователя частоты можно просматривать один из трёх выходных параметров: выходной ток, выходное напряжение и его частоту. На рисунке 1.4 приведён фрагмент инструкции по переключению между режимами индикации частоты, напряжения, тока.
Рисунок 1.4 – Выбор режима индикации выходного параметра
Вывод: панель управления, расположенная на лицевой стороне преобразователя частоты, позволяет управлять работой преобразователя без применения дополнительных устройств, а также отлеживать такие выходные параметры, как выходной ток, выходное напряжение и его частоту. Следующий способ, который мы рассмотрим, будет «внешнее аналоговое управление преобразователем частоты».
1.1.2 Внешнее аналоговое управление преобразователем частоты
Управление преобразователем частоты можно осуществлять при помощи внешних сигналов управления, поступающих на управляющие входные клеммы преобразователя частоты. Для перевода преобразователя частоты в режим внешнего управления необходимо нажать клавишу PU(EXT) до момента, пока не загорится индикатор
EXT на панели управления преобразователем частоты. Блок внешнего управления приведён на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Блок внешнего управления преобразователем частоты
Назначение и описание клавиш на блоке внешнего управления преобразователем частоты приведено в таблице 1.2.
Потенциометр R1 предназначен для бесступенчатого регулирования и компенсации частоты вращения ротора асинхронного двигателя в режиме внешнего управления.
Индикатор FU гаснет в том случае, если частота вращения ротора достигла установленного значения. Индикатор RUN загорается, если выходная частота преобразователя превышает стартовую частоту (т.е. двигатель вращается). Таблица 1.2 – Назначение клавиш на блоке внешнего управления
| Клавиша | Назначение и описание |
| STF | Пуск правого вращения (по часовой стрелке) |
| STR | Пуск левого вращения (против часовой стрелки) |
| RH | Высокая скорость |
| RM | Средняя скорость |
| RL | Низкая скорость |
| MRS | Блокировка регулятора |
| RES | Сброс |
| RT | Второй набор параметров |
| STOP | Самоудержание пускового сигнала |
| JOG | Толчковый режим |
При включении клавиш STF и STR электродвигатель начинает вращаться в соответствующем направлении. При отключении этих клавиш двигатель останавливается. При одновременном включении этих клавиш двигатель полностью останавливается. При включении клавиши MRS происходит отключение выходов преобразователя частоты и двигатель останавливается по инерции. Включение клавиши RES приводит к стиранию данных электронной защиты двигателя в случае появления неисправности, во время процесса сброса на дисплее мигает ERR. Клавишей JOG осуществляется включение толчкового
режима работы. Такой режим используется для наладки системы электропривода. Имеет несколько параметров: ползучая частота и время разгона/торможения в толчковом режиме. Ползучая частота – это частота, до которой будет происходить разгон двигателя. По умолчанию 5 Гц. Время разгона/торможения по отдельности не регулируется и по умолчанию составляет 0,5 с. Направление вращения в толчковом режиме задаётся клавишами
STF и STR. Клавишей RT включается второй набор параметров преобразователя частоты. Переключение набора параметров преобразователя частоты применяется в следующих случаях:
‒ переключении между аварийным и нормальным режимами работы; ‒ для переключения между главным и вспомогательным двигателями; ‒ для переключения между лёгкими и тяжелыми грузами.
Наборы параметров вносятся в преобразователь частоты наладчиком или оператором.
Вывод: внешнее аналоговое управление не позволяет изменять скорость вращения ротора электродвигателя, однако, основные функции такие, как реверс двигателя, регулировка скорости «низкая, средняя, высокая» и т.д., могут быть выполнены. При этом регулирование скорости зависит от заданной частоты на панели управления, а «высокая» скорость вращения, соответственно, будет равна скорости вращения при заданной частоте. После рассмотрения аналогового управления, рассмотрим управление преобразователем с компьютера.
1.1.3 Управление преобразователем частоты с персонального компьютера
Управление преобразователем частоты с компьютера может осуществляться несколькими способами: через интерфейс USB или через интерфейс RS-485 в режиме Master – Slave (ведущий – ведомый) с промежуточным звеном в виде программируемого логического контроллера (ПЛК).
На рисунке 1.6 приведена структура стенда с использованием программируемого логического контроллера. Использование ПЛК позволяет реализовать удаленное управление преобразователем частоты. Максимальное количество преобразователей, управляемых с ПЛК до 8 штук. Управление осуществляется по протоколу MODBUS. На основе данного интерфейса строятся системы автоматизированного электропривода, работающие под управлением
SCADA-системы. Под каждый автоматизированный комплекс в SCADA разрабатывается своя программа. SCADA – программное обеспечение,
предназначенное для обеспечения удаленной работы систем сбора, обработки и отображения информации, для управления автоматизированным технологическим процессом. При таком подходе требуется создание программного OPC-сервера, предназначенного для обмена информацией между компьютером и преобразователем частоты.