Файл: Выбор преобразователя частоты и настройка системы управления электропривода.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 152
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования«Южно-Уральский государственный университет(национальный исследовательский университет)»Институт открытого и дистанционного образованияКафедра «Техника, технологии и строительство»«Выбор преобразователя частоты и настройка системы управления электропривода»ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕпо дисциплине «Системы управления электроприводов»вариант 19ЮУрГУ – ПЗ КРРуководитель, доцент ______К.М. Виноградов«____» ___________2023 г.Автор работы Дайкер П.А.Студент группы «ДО-514» ___________2023 г.Работа защищена с оценкой _______________«___» ___________2023 г.Челябинск2023СОДЕРЖАНИЕИсходные данные 31 Выбор преобразователя 42 Подключение силовых цепей и цепей управления преобразователя 63 Режимы работы преобразователя 104 Программирование и управление преобразователем 155 Параметры и меню 186 Порядок настройки системы 207 Выбор дополнительного оборудования 238 Обслуживание электропривода 26Заключение 27Литература 28Исходные данныеВ таблице 1 приведены основные каталожные данные кранового двигателя переменного тока серии МТКН-011-4.Таблица 1 – Основные каталожные данные двигателя
Угловая скорость определяется по формуле:Номинальный момент двигателя:1 Выбор преобразователяЧастотный преобразователь Altivar 71 ATV71HD90N4фирмы SchneiderElectric соответствуют самым строгих требованиям применений благодаря использованию различных законов управления электродвигателями и разнообразным функциональным возможностям. Преобразователи используются в подъемно-транспортном оборудовании, текстильных и деревообрабатывающих машинах, лифтах, технологическом оборудовании. Преобразователи частоты Altivar 71 предназначены для электродвигателей мощностью 0,37–630 кВт и напряжением питания 200–690 В.
Рис.1 Вид общий преобразователя частоты серии ATV71Расшифровка условного обозначения частотного преобразователяATV71HD90N4:ATV71 — серия частотных преобразователей (Altivar 71);H — наличие охлаждающего радиатора;D90 — мощность частотного преобразователя, кВт;N4 — напряжение на входе частотного преобразователя, В.Мощность частотного преобразователя — 90 кВт, напряжение питания — трехфазное, 380 В.В частотном преобразователе реализован алгоритм векторного управления потоком по скорости с датчиком обратной связи или без него. Преобразователем поддерживаются протоколы CANopen и Modbus, что позволяет повысить производительность системы управления. Снижая энергопотребление до оптимального уровня и увеличивая комфортность, Altivar 71 тем самым уменьшает эксплуатационные расходы. Преобразователь частоты имеет увеличенные пределы частоты на выходе для высокоскоростных электродвигателей. Специально для использования в подъемно-транспортном оборудовании были разработаны такие функции:- контроль состояния и управления тормозом, адаптированного для приводов подъема, поворота и перемещения;- повышенная точность работы на низкой скорости;- улучшенные динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком;- функция подъема с увеличенной скоростью;- возможность параллельного подключения электродвигателей- обработка сигналов датчика веса;- регулирование воздействия концевых выключателей завершения хода;- функция Power Removal для блокирования случайного пуска электродвигателя.Технические данные преобразователя частоты:
На рисунке 2 изображена силовая схема ПЧ.2 Подключение силовых цепей и цепей управления преобразователяРис.2 Схема силовая ПЧВыпрямитель или звено постоянного тока - преобразует переменное, в данном случае трехфазное напряжение (Uвх.) в постоянное (Uвыпр.), инвертор - с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) преобразует выпрямленное напряжение (Uвыпр.) в импульсное (Uи). ШИМ - это импульсный способ задания аналогового сигнала, где сигнал представляется в виде импульсов. Управляя IGBT транзисторами, их включением и выключением, получим импульсное напряжение положительной и отрицательной полярности. Если изменять их скважность (отношение длительности периода к длительности импульса), то можно изменять площадь импульсов, а значит и среднее значение напряжения на выходе. Таким образом получаем псевдосинусоидальную форму выходного напряжения Uи, фильтр – сглаживает высшие гармоники, используется редко, поскольку частота выходных импульсов ШИМ достигает нескольких кГц, и обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр.В результате, на выходе схемы преобразователя частоты формируется переменное напряжение, с изменяемой амплитудой и частотой (Uвых = var, fвых = var).Рис.3 Схема подключенияДля исследования замкнутой по скорости системы используется импульсный датчик скорости (энкодер). Энкодер Е6С2-С является пошаговым и относится к типу энкодеров, которые указывают направление движение и перемещения (исполнительного механизма). Пошаговый энкодер периодически формирует импульсы, соответствующие углу вращения вала. Этот тип энкодеров не формирует выходные импульсы, когда его вал находится в покое. Пошаговый энкодер связан с счетным устройством, это необходимо для подсчета импульсов и преобразования их в меру перемещения вала. Пошаговый оптический энкодер состоит из пяти компонентов: источника света, пошагового диска, маски, фото детекторной сборки, и сигнального процессора. Диск пошагового энкодера подразделен на точно позиционированные слоты или отметки. Количество слотов или отметок определяет количество импульсов за поворот. К примеру, если диск поделен на 1000 слот, тогда после 250 импульсов вал должен повернуться на 90 градусов.
Технические данные энкодера представлены в таблице 2.1. Внешний вид энкодера изображѐн на рисунке 4.Рис.4 Энкодер Е6С2-СТаблица 1
3 Режимы работы преобразователяКак сам преобразователь, так и пользователь, должны реагировать на самые разные ситуации и при необходимости останавливать преобразователь. По этой причине необходимо учитывать не только эксплуатационные требования, но и защитные функции преобразователя (к примеру, от электрической или тепловой перегрузки) и функций защиты персонала и оборудования. Благодаря различным функциям ВЫКЛ (ВЫКЛ1, ВЫКЛ2, ВЫКЛ3) преобразователь может гибко реагировать на названные требования. Помнить, что после вызова команды ВЫКЛ2/ВЫКЛ3 активна блокировка включения преобразователя. Для повторного включения двигателя потребуется сигнал "low → high" команды включения (ON).
Команда ВЫКЛ1 плотно связана с командой ВКЛ. При отмене команды ВКЛ, ВЫКЛ1 активируется напрямую. Преобразователь при ВЫКЛ1 выполняет торможение с временем торможения P1121. При падении выходной частоты ниже значения параметра P2167 или по истечении времени в P2168 импульсы преобразователя блокируются.Рис.5Через команду ВЫКЛ2 импульсы преобразователя могут быть заблокированы немедленно. Это значит, что двигатель выбегает и не может быть остановлен регулируемым способом.Рис.6Режим торможения ВЫКЛ3 идентичен таковому ВЫКЛ1, за исключением независимого времени торможения ВЫКЛ3 P1135. При падении выходной частоты ниже значения параметра P2167 и по истечении времени в P2168 импульсы преобразователя запрещаются как при команде ВЫКЛ1.Рис.7Управлять функцией JOG можно либо через (встроенную) BOP, либо через цифровые входы. Если при управлении через BOP нажимается клавиша RUN, то двигатель запускается и вращается с предварительной установленной частотой JOG (P1058). При отпускании клавиши RUN двигатель останавливается. При использовании цифровых входов как источника команд JOG частота JOG устанавливается через P1058 для JOG вправо и P1059 для JOG влево.Функция JOG обеспечивает следующее: ● Проверка функциональности двигателя и преобразователя после завершения ввода в эксплуатацию (первое движение перемещения, контроль направления вращения и т.п.) ● Позиционирование двигателя или нагрузки двигателя в определенное положение ● Движение двигателя, к примеру, после прерывания программы.Рис.8Встроенный ПИД-регулятор (технологический регулятор) поддерживает простые задачи различного вида для контроля процесса, к примеру, контроля давления, уровня или объема подачи. ПИД-регулятор устанавливает заданное значение частоты вращения двигателя так, что регулируемая переменная процесса соответствует своему заданному значению.Рис.9Для торможения двигателя преобразователь может использовать следующие электрические или механические способы торможения:
| Tип ЭД | РН, кВт | nH, об/мин | Ток, А | cosφ | КПД % |
| 4АМТК280 | 90 | 1400 | 163.4 | 0.89 | 94 |
Рис.1 Вид общий преобразователя частоты серии ATV71Расшифровка условного обозначения частотного преобразователяATV71HD90N4:ATV71 — серия частотных преобразователей (Altivar 71);H — наличие охлаждающего радиатора;D90 — мощность частотного преобразователя, кВт;N4 — напряжение на входе частотного преобразователя, В.Мощность частотного преобразователя — 90 кВт, напряжение питания — трехфазное, 380 В.В частотном преобразователе реализован алгоритм векторного управления потоком по скорости с датчиком обратной связи или без него. Преобразователем поддерживаются протоколы CANopen и Modbus, что позволяет повысить производительность системы управления. Снижая энергопотребление до оптимального уровня и увеличивая комфортность, Altivar 71 тем самым уменьшает эксплуатационные расходы. Преобразователь частоты имеет увеличенные пределы частоты на выходе для высокоскоростных электродвигателей. Специально для использования в подъемно-транспортном оборудовании были разработаны такие функции:- контроль состояния и управления тормозом, адаптированного для приводов подъема, поворота и перемещения;- повышенная точность работы на низкой скорости;- улучшенные динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком;- функция подъема с увеличенной скоростью;- возможность параллельного подключения электродвигателей- обработка сигналов датчика веса;- регулирование воздействия концевых выключателей завершения хода;- функция Power Removal для блокирования случайного пуска электродвигателя.Технические данные преобразователя частоты:
-
номинальная мощность - 90 кВт; -
номинальное напряжение - 380 В; -
выходной ток - 166 А; -
масса - 100 кг; -
входная частота - 47 63 Гц; -
коэффициент мощности - 0,7; -
диапазон частот на выходе - 0 - 650 Гц; -
разрешение - 0,01 Гц; -
работа при перегрузках - 200% в течении Зс.,150% в течении 60 с.; -
защита - перегрузка и недогрузка по напряжению, перегрев инвертора; -
дополнительная защита - против короткого замыкания и неполадок при потере заземления, против работы без нагрузки (открытая цепь); -
регулировки и управление - векторное управление без датчика, управление потокосцеплением FCC, кривая зависимости напряжение/ частота; -
разрешение аналоговой установки частоты - 10 бит; -
стабильность заданной частоты - аналоговая <1%, цифровая < 0.02%; -
время разгона/замедления - 0 - 650 с; -
интерфейс -RS-485; -
КПД инвертора - 97%; -
рабочая температура - 0 +50 °С (MMV), 0 -+40 0 С (MDV); -
степень защиты - IP20; -
допустимая влажность - 95% без конденсации.
На рисунке 2 изображена силовая схема ПЧ.2 Подключение силовых цепей и цепей управления преобразователяРис.2 Схема силовая ПЧВыпрямитель или звено постоянного тока - преобразует переменное, в данном случае трехфазное напряжение (Uвх.) в постоянное (Uвыпр.), инвертор - с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) преобразует выпрямленное напряжение (Uвыпр.) в импульсное (Uи). ШИМ - это импульсный способ задания аналогового сигнала, где сигнал представляется в виде импульсов. Управляя IGBT транзисторами, их включением и выключением, получим импульсное напряжение положительной и отрицательной полярности. Если изменять их скважность (отношение длительности периода к длительности импульса), то можно изменять площадь импульсов, а значит и среднее значение напряжения на выходе. Таким образом получаем псевдосинусоидальную форму выходного напряжения Uи, фильтр – сглаживает высшие гармоники, используется редко, поскольку частота выходных импульсов ШИМ достигает нескольких кГц, и обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр.В результате, на выходе схемы преобразователя частоты формируется переменное напряжение, с изменяемой амплитудой и частотой (Uвых = var, fвых = var).Рис.3 Схема подключенияДля исследования замкнутой по скорости системы используется импульсный датчик скорости (энкодер). Энкодер Е6С2-С является пошаговым и относится к типу энкодеров, которые указывают направление движение и перемещения (исполнительного механизма). Пошаговый энкодер периодически формирует импульсы, соответствующие углу вращения вала. Этот тип энкодеров не формирует выходные импульсы, когда его вал находится в покое. Пошаговый энкодер связан с счетным устройством, это необходимо для подсчета импульсов и преобразования их в меру перемещения вала. Пошаговый оптический энкодер состоит из пяти компонентов: источника света, пошагового диска, маски, фото детекторной сборки, и сигнального процессора. Диск пошагового энкодера подразделен на точно позиционированные слоты или отметки. Количество слотов или отметок определяет количество импульсов за поворот. К примеру, если диск поделен на 1000 слот, тогда после 250 импульсов вал должен повернуться на 90 градусов.
Технические данные энкодера представлены в таблице 2.1. Внешний вид энкодера изображѐн на рисунке 4.Рис.4 Энкодер Е6С2-СТаблица 1
| | Size dia. in mm | Power supply voltage | Output form | Resolution (pulse/rotation) |
| Standard models | 50 | 5 to 24 VDC | NPN open collector output | 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300, 360, 400, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000 |
| 12 to 24VDC | PNP open collector output | 100, 200, 360, 500, 600, 1,000, 2,000 | ||
| 5 to 12 VDC | NPN voltage output | 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300, 360, 400, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000 | ||
| 5 VDC | Line driver output | 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300, 360, 400, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000 | ||
| 8 dia. tough model | 12 to 24VDC | Complimentary output | 100, 200, 300, 360, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000, 2,048, 2,500, 3,600 | |
| 5 to 12 VDC | NPN voltage output | 100, 200, 300, 360, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000, 2,048, 2,500, 3,600 | ||
| 5 to 12 VDC | Line driver output | 100, 200, 300, 360, 500, 600, 720, 800, 1,000, 1,024, 1,200, 1,500, 1,800, 2,000, 2,048, 2,500, 3,600 | ||
Команда ВЫКЛ1 плотно связана с командой ВКЛ. При отмене команды ВКЛ, ВЫКЛ1 активируется напрямую. Преобразователь при ВЫКЛ1 выполняет торможение с временем торможения P1121. При падении выходной частоты ниже значения параметра P2167 или по истечении времени в P2168 импульсы преобразователя блокируются.Рис.5Через команду ВЫКЛ2 импульсы преобразователя могут быть заблокированы немедленно. Это значит, что двигатель выбегает и не может быть остановлен регулируемым способом.Рис.6Режим торможения ВЫКЛ3 идентичен таковому ВЫКЛ1, за исключением независимого времени торможения ВЫКЛ3 P1135. При падении выходной частоты ниже значения параметра P2167 и по истечении времени в P2168 импульсы преобразователя запрещаются как при команде ВЫКЛ1.Рис.7Управлять функцией JOG можно либо через (встроенную) BOP, либо через цифровые входы. Если при управлении через BOP нажимается клавиша RUN, то двигатель запускается и вращается с предварительной установленной частотой JOG (P1058). При отпускании клавиши RUN двигатель останавливается. При использовании цифровых входов как источника команд JOG частота JOG устанавливается через P1058 для JOG вправо и P1059 для JOG влево.Функция JOG обеспечивает следующее: ● Проверка функциональности двигателя и преобразователя после завершения ввода в эксплуатацию (первое движение перемещения, контроль направления вращения и т.п.) ● Позиционирование двигателя или нагрузки двигателя в определенное положение ● Движение двигателя, к примеру, после прерывания программы.Рис.8Встроенный ПИД-регулятор (технологический регулятор) поддерживает простые задачи различного вида для контроля процесса, к примеру, контроля давления, уровня или объема подачи. ПИД-регулятор устанавливает заданное значение частоты вращения двигателя так, что регулируемая переменная процесса соответствует своему заданному значению.Рис.9Для торможения двигателя преобразователь может использовать следующие электрические или механические способы торможения: