Файл: Система управления лифтом.docx

Частотное регулирование позволяет устранить один из существенных недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором – постоянную частоту вращения ротора электродвигателя, не зависящую от нагрузки. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать сложных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме.

Частотное регулирование также позволяет улучшить безотказность работы и долговечность технологической системы. Это обеспечивается за счет снижения пусковых токов, устранения перегрузок элементов системы и постепенной выработки моточасов оборудования. Для частотного регулирования используются частотные преобразователи со встроенными в них ПИД-регуляторами (пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы), обеспечивающими точное регулирование заданных технологических параметров.

Преобразователи частоты, в отличие от других устройств регулирования скорости двигателя, таких как гидравлическая муфта, система генератор-двигатель, механический вариатор, позволяют избегать различных недостатков в работе системы. Речь идет об узком диапазоне регулирования оборудования, сложностях с его эксплуатацией, низким качеством производимых работ и неэкономичности всей системы.

Преобразователи частоты предназначены для регулировки частоты вращения и момента на валу асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь частоты – это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты (обычно частоты питающей сети) в переменный ток (напряжение) другой частоты. Выходная частота в современных инверторах может быть, как ниже, так и выше частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей выполнена на транзисторах IGBT, работающих в режиме электронных ключей. Схема управления выполняется на цифровых микроконтроллерах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (защита, контроль, диагностика). Частотный регулятор имеет структуру с явно выраженным блоком постоянного тока (выпрямитель + фильтр), что проиллюстрировано на рисунках 3 и 4.

В

преобразователях этого типа используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в трехфазном или однофазном выпрямителе, сглаживается LC-фильтром, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды.

Рисунок 3- Структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока

Рисунок 4-Временныедиаграммы работы частотного преобразователя

Преобразователи частоты на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, сниженной массой и повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей и лучшего отвода тепла с поверхности силового модуля. Они имеют более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность повреждений и отказа электропривода.

Согласно выбранному выше двигателю и исходным данным нам необходимо выбрать частотный преобразователь со следующими характеристиками, представленными в таблице А.1.

Таблица 2-Требования для выбора частотного преобразователя

Тип преобразователя	Векторный
Мощность двигателя	5,5 кВт
Номинальный ток двигателя при 220/380 В	19,4/11,3 А
Пусковой ток двигателя	84,75 А
Входное напряжение	380 В
Диапазон регулирования скорости	[6.6-300] рад/с
Точность регулирования скорости	0,05

Выберем частотный преобразователь ATV71HU55N4 серии Altivar 71 известной немецкой фирмы Schneider Electric. Преобразователь частоты ALTIVAR 71 (ATV71HU55N4) отвечает самым строгим требованиям применений благодаря использованию разнообразных законов управления двигателем и многочисленным функциональным возможностям. Она адаптирована для решения наиболее сложных задач электропривода - момент и повышенная точность при работе на очень низкой скорости и улучшенные:

 динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком в разомкнутой или замкнутой системе привода;

 расширенный диапазон выходной частоты для высокоскоростных двигателей;

 параллельное включение двигателей и специальные приводы с использованием скалярного закона управления;

 точность поддержания скорости и энергосбережение для разомкнутого привода с синхронным двигателем;

 плавное, безударное управление несбалансированными механизмами с помощью системы адаптации мощности (Energy Adaptation System - ENA).

С расширением гаммы сетевого питания до 690 В многофункциональность преобразователя Altivar 71 увеличивает производительность и гибкость использования машин для многочисленных применений в частности при использовании с лифтовыми двигателями:

- Управление тормозом, адаптированное для комфортного движения кабины.

- Обработка сигнала весового датчика.

- Соответствие реле нормам безопасности лифтов EN 81-13-2-2-3.

- Подключение к шине CANopen.

- Управление с контролем исправности выходного контактора.

- Функция эвакуации пассажиров из кабины.

- Управление асинхронными и синхронными двигателями.

- Макроконфигурация “лифт”.

Характеристики altivar 71 представлены в приложении А в таблице А.2.

Также в приложении А в таблицахА.3, А.4 представлены названия и назначения силовых клемм и клемм цепей управления altivar 71 соответственно.[1]

Процесс наладки лифта с ПЧ описан в приложении В.

5 Выбор датчика скорости

Датчик скорости применяется для осуществления отрицательной обратной связи по скорости с целью повышения жесткости механических характеристик электропривода. Он выбирается по величине скорости вращения двигателя, таким образом, чтоб при максимальной скорости вращения якоря двигателя у тахогенератора оставался запас по механической прочности (скорости вращения).

ЭнкодерE40H12-3000-6-L-5 Autonics- преобразуя обороты вала в импульсы, отслеживают положение вращающегося вала. Контроллер может анализировать выходной сигнал энкодера и определять положение и количество оборотов машины. Это позволяет обеспечить высочайшую точность и функциональную гибкость управления работой системы. Высокие механические и электронные рабочие скорости, на которых работают оптические энкодеры позволяют добиться более высокой производительности и точности работы системы, а также уменьшить время цикла и повысить общую эффективность технологического процесса.

Представленные типоразмеры датчиков углового перемещения Autonics позволяют четко определять положение и скорость вращения вала, что в свою очередь обеспечивает максимальную точность управления оборудованием. Энкодер является обратной связью при эффективном управлении приводом.Его характеристики представлены в таблице А.5 приложения А.

При подключении выбранного датчика к частотному преобразователю «Altivar 71» необходимо выбрать дополнительную интерфейсную карту VW3 А3 401, которая устанавливается в специальное посадочное место внутри корпуса ПЧ.

6 Разработка структурной схемы системы

6.1 Расчет передаточных функций

В разрабатываемом электроприводе лифта есть реальная необходимость регулирования только одной координаты – скорости. Это связано с тем, что к скорости, а также её изменению во времени (ускорению), предъявляются жёсткие регламентирующие требования со стороны технологического процесса. Так скорость кабины лифта, а соответственно и двигателя, при пуске должна плавно нарастать до установившегося значения, причём темп её нарастания, определяемый ускорением не должен превышать допустимого значения.Под синтезом системы автоматического управления подразумевается введение обратной связи и расчёт регулятора для управляемой координаты. В нашем случае, будет вводиться отрицательная обратная связь по скорости и регулятор скорости. Для их расчёта необходимо математически описать силовую часть электропривода,

включающую преобразователь, двигатель и механическую часть.

Частотный преобразователь описывается передаточной функцией:

. (22)

τ (величина запаздывания) сравнительно мала также, как и постоянная

времени T=2..3τ, поэтому передаточная функция примет вид:

, (22₁)

где коэффициент передачи преобразователя найдем по формуле:

, (22₂)

Теперь найдем передаточную функцию асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель описывается системой уравнений:

(23)

В данной системе первое уравнение является электромагнитной частью, а второе уравнение механической частью.

По системе (23) получим передаточную функцию электромагнитной части:

, (24)

где

-коэффициент жесткости механической характеристики двигателя;

-электромагнитная постоянная времени.

, (24₁)

где

-максимальный момент двигателя;

-номинальная синхронная угловая скорость двигателя

-критическое скольжение двигателя.

Таким образом

, (24₂)

где

-частота питающей сети.

.

Подставим все найденные значения в формулу (24) и получим:

.

Теперь найдем передаточную функцию механической части:

. (25)

Найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

. (26)

Подставим найденные выше передаточные функции в формулу (26) и получим выражение:

.

Теперь найдем передаточную функцию датчика скорости(энкодера).

Передаточная функция энкодера записывается в виде отношения выходного напряжения датчика на номинальную синхронную угловую скорость двигателя.